航天器如何获取能源？依靠核电池，但与核裂变无关

漂浮在宇宙中的航天器是依靠什么来维持设备的正常运行并与地球保持通讯连接的呢？你可能会说，是太阳能。

没错，太阳能的确是航天器的天然能源，在太空中没有大气层的遮挡，航天器获取太阳能的效率要比在地球上高了很多，但太阳能只能为那些运行在地球周围的航天器提供能源，而对于那些朝着太阳系外而去的航天器，便爱莫能助了。

比如1977年发射的旅行者2号，现在它与我们的距离已经超过了200亿公里，在那里充斥着黑暗与寒冷，如果能够从旅行者2号上向后看，那么太阳不过是一个若隐若现的小亮点，它再也没有办法为那些远去的航天器提供能源了。然而宇宙深空才是人类的目标，所以航天器还需要自给自足，那么航天器的能源从何而来呢？就来自于航天器上所搭载的核电池。

核电池，只是听这个名字就会让我们联想到核能，而在地球上，我们获取核能的方式就是可控核裂变，也就是核电站。

核裂变过程会产生巨大的能量，而通过控制反应的中子数量便可以将核裂变可控化，这就是核电站的基本原理，那么航天器所使用的核电池是不是也是这么回事呢？完全不是。航天器中的核电池与核裂变并不是一回事，其实核电池只是通俗的叫法，它真正的名字应该是“放射性同位素电池”。

装载在核电池内部的主要物质是一种名为“钚”的放射性元素的同位素，也就是钚238。我们知道，放射性元素由于自身的不稳定，会发生衰变，而衰变简单来讲就是放射性元素释放出一部分粒子并转变为另一种元素的过程，而这个过程会导致质量发生亏损。

核裂变与核聚变为什么能够释放出巨大的能量？因为裂变和聚变的过程都会出现质量的亏损，而亏损的质量会以能量的形式被释放出来。

根据质能方程E=mc∧2，也就是能量等于质量乘以光速的平方，因为光速取值299792458，所以光速的平方是一个极大的数字，所以只需要微小的质量就可以转化为极高的能量，这就是核裂变与核聚变威力巨大的原因。与裂变反应及聚变反应相同，放射性元素的衰变过程也会出现极其微小的质量亏损，而这些亏损的质量也会以能量的形式被释放出来。就以核电池中所使用的钚238来说吧，它的原子核由94个质子和144个中子所组成，在衰变的过程中会释放出两个质子和两个中子，从而衰变为铀234。而它所减少的质量就会以热量的形式被释放出来。

现在有了热量，只需要做一件事了，那就是把热能转化为电能，怎么转化呢？利用热电效应。

早在1821年，德国物理学家塞贝克就发现了“温差发电效应”，当时塞贝克将两种不同的导线连接在了一起，然后对其中的一根导线进行加热，结果发现接近这组导线的指南针发生了转动，而原因就是这组导线产生了电压，进而产生了电流和磁场。

塞贝克虽然发现了温差可以发电，但对于温差为什么能够发电，并没有完全弄懂，而现在我们已经弄懂了它的内在原理，所使用的材料也早已换成了更为高效的半导体材料，那么温差发电的原理到底是怎样的呢？首先我们要从温度的本质说起，所谓温度就是物体内部粒子运动速度的快慢，粒子运动速度越快，温度就越高，反之温度则越低，而粒子的运动是不会完全停止的，所以绝对零度也是无法实现的。

明白了温度的本质，就可以说说温差发电了，我们将一块半导体材料放置在两片金属之间，然后对一片金属进行加热，会发生什么呢？

受热一面的半导体材料内部粒子运动速度会加快，而另一面的粒子运动速度没有变化，所以运动速度快的粒子会朝向运动速度慢的粒子移动，很快，大量的粒子挤到了冷的一边，如果我们假设这些粒子带有负电，那么此时这块半导体材料也就带有负电了，这就是温差发电的内在原理，可见将热能转化为电能是一件比较容易的事情。所以装载在航天器上的核电池就是利用放射性原子的衰变产生热量，再利用温差发电原理将热能转化为电能，从而为航天器上设备提供能源。当然，目前所使用的核电池不过是一种过渡性质的能源设备，如果人类想要进一步探索宇宙深空，还需要为航天器配备更强大的能源系统才行。

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