同位素源

同位素源是指天然的和人工生產的放射性核素源；按釋放輻射的類型分α，β，γ三類放射性核素源。γ輻射源是使用最廣的放射性核素源，由反應堆製得，可製成很高的比活度和各種形狀，釋放的γ射線穿透物質能力強，用於氣體、液體和固體輻射化學研究和輻射加工工藝。α和β輻射源釋放的α粒子和β粒子穿透物質能力小，適用於照射氣體物質和作內照射源。

基本介紹

• 中文名：同位素源
• 外文名：radioisotope source
• 適用領域範圍：核能
• 套用學科：物理、化學

概念

同位素源又稱放射性核素源，是一種能發射電離輻射的物質。常用的放射性核素源有：⁶⁰Co和¹³⁷Cs(γ輻射源)，²³⁹pa、²¹⁰po、²²⁶Ra和²²²Rn(α輻射源)，以及⁹⁰Sr-⁹⁰Y(β輻射源)。

⁶⁰Coγ輻射源是使用最廣泛的放射性核素源，由反應堆製得，可以有很高的比活度，射線穿透性強，適用於氣體、液體和固體的輻射化學研究及產品輻射加工。

為適於工業套用，放射性核素源可加工成各種形狀(如柱狀、板狀等)。

套用

放射性同位素熱源在航天任務中的套用

空間探測器進行深空探測時，隨著太陽距離的增加，所接收到的太陽輻射熱流急劇下降，並且空間熱環境異常惡劣(如月球上長達14個地球日無光照、180℃低溫的月夜)，導致採用常規的電源系統(太陽電池陣+蓄電池)和熱控系統已無法滿足探測器的生存需求。在這種情況下，核能源成為深空探測的首選。放射性同位素熱源(Radioisotope Heat Unit，RHU)和放射性同位素電源(Radioiso—tope Thermoelectric Generator，RTG)用於空間探測的研究工作始於20世紀50年代後期，當時美國啟動了“空間核輔助電源”(SNAP)計畫，蘇聯也開展了相關的研究。其後幾十年中，RHU/RTG多次被成功地套用於月球和行星際探測。美國擁有世界上最先進的研製、套用RTG的技術。中國的嫦娥三號探測器將使用RHU，實現著陸器和巡視器的月夜生存。

RTG是一種利用溫差電材料的塞貝克效應，直接將放射性同位素衰變所釋放的熱能轉換成電能的靜態能量轉換裝置。它主要由RHU、溫差電轉換器及散熱殼體三部分組成。與傳統的化學電源、太陽電池相比，RTG不受太陽光和其他環境條件的影響，工作壽命長，可靠性高，不僅可為空間探測器提供電能，還可為探測器的熱控系統提供熱能，是月球及太陽系行星際探測的理想電源。要實現核技術在航天中的套用，必須解決RHU/RTG在套用過程中的可靠性和意外事件中的安全性。

反應堆生產放射性同位素熱源材料套用

放射性同位素溫差發電器(RTG)是一種通過半導體溫差發電器件將放射性同位素產生的衰變熱轉換為電能的全固態能量轉化發電裝置，也稱為放射性同位素電池、同位素電池、核電池，在美國、俄羅斯等國已實際套用。這種電源發電能力一般在幾mW到1kW之間，具有體積小、能量密度大、壽命長、無機械運動部件、高度可靠、不受環境影響等優點，能夠在無法利用太陽能的情況下工作，是一種重要的、有時甚至是稀缺的深空探測電源，例如，用於火星上進行科學試驗的飛行任務，還在深海探測器、遠海地區燈塔、航標燈、邊遠地區無人測量站等領域得到了廣泛套用。

同位素溫差發電器的發熱體由放射性同位素熱源材料製成，普遍採用²³⁸Pu。²³⁸Pu具有半衰期(87.7a)較為適中、較高的功率密度(2.8 W/cm³)、屬於α放射體(α粒子約占100%，γ光子所占比例很小，γ/a比為10^-5，α粒子能量為5.499 MeV)、較輕的輻射禁止(α易於禁止)等輻射特性。這些特性決定了²³⁸Pu是一種較為理想的放射性同位素熱源材料，因此，被製作成放射性同位素熱源廣泛套用在深空探測等領域。