基本介紹
- 中文名：太空燃料
- 相關同位素：氦3
- 關於氦3：可以激發出極高的能量
- 相關計畫：登月採集氦3計畫
概述,科學研究,提供能源,提取方式,
概述
太空燃料，氦3是地球上極為稀有的同位素，它可以激發出極高的能量。在聚變反應堆中，投入1公斤這種物質，可以產生10兆瓦的電力。投入33公斤，便可滿足整個美國1年所需的電能。因此氦3有“太空燃料”之稱。由於地球十分缺乏這種燃料，科學家的腦筋便轉向天外。他們發現月球竟是“太空燃料”的寶庫。月球地表的泥土蘊含著極豐富的氦3。
科學研究
美國威斯康辛州立大學的科學家，正著手設計登月採集氦3的裝置。他們計畫發射一艘帶有採集裝置的宇宙飛船飛至月球，放出挖土機挖取泥土，然後利用另外的裝置從泥土中提煉出氦3來，再用太陽能反射器將氦3加熱至700℃，液化濃縮到適當的密度，然後運回地球。
在距離地球 180 億公里之外，旅行者 1 號正穿越太陽系的外沿，如果它的設備沒有出錯，那么這個探測器終於將要進入未知領域———寒冷廣袤的星際空間。這場旅程已經持續了 35 年。旅行者 1 號之所以能有如此長的壽命，要感謝它的溫暖的心臟鈽-238.這种放射性材料是核武生產的一個副產品，在衰變的過程中釋放熱能，熱能又被轉化為電力用於驅動旅行者 1 號上的設備。在接下來 10 年甚至更長的時間裡，這個探測器將繼續將信號傳回地球，直到消失在無盡的宇宙空間中。
提供能源
自上世紀60 年代以來，鈽的同位素在遠距離太空任務中扮演了關鍵角色，主要被用在執行遠程太空任務的探測器上。由於遠離太陽，這些探測器無法使用太陽能電池板提供動力。比如木星探測器伽利略號、先驅者號行星探測器、旅行者號探測器，還有土星探測器卡西尼號都依靠鈽同位素提供動力。
按照CSNR 的建議，將鈽-238投入商業化生產可以減輕稅收負擔，但是這樣做可能帶來安全隱患。鈽是已知最危險的放射性物質之一，它的同位素可釋放強大的阿爾法粒子，如果吸入將會致命。還不如將重啟生產線需要的時間和金錢用於研究更安全的替代燃料。
鈽-238在所有的 NASA 遠距離太空任務中都扮演了關鍵角色，這不是沒有原因的：這種材料在釋放阿爾法粒子時產生熱能，半衰期長達 87 年，衰變速度極慢。封閉在放射性同位素熱電發生器中，衰變的鈽讓熱電偶升溫，創造電力。每克鈽- 238可產生約0 .5瓦電力。每年，NASA 平均要使用 2000 克左右的這種材料用於驅動各種探測器。
鈽- 238生產起來非常昂貴。傳統的方法是將一堆鎿-237放在一個強大的核反應堆中，用中子對其進行長達 1 年的輻射。然後還需要經過一系列的提純步驟，才能將鈽-238從其他的裂變產物中分離出來。
提取方式
有一種更簡單的生產方式。關鍵在於採用機械補料生產線，圍繞反應堆芯建一條環形管道。包含少量鎿-237的膠囊被不斷地沿著管道向前推進，每個膠囊在反應堆中停留數天。當它們從另一端出來時，鈽-238被提取出來，剩下的鎿-237再被送回生產線。每一次僅有約0 .01% 的鎿被轉換成鈽。因此要得到 NASA 所需的上千克的數量，這個過程需要重複幾千次。
這一技術具有一些顯著優勢，包括縮短輻射時間，使裂變產物減少，從而讓之後的化學分離過程簡化，並可減少放射性垃圾的產生。此外這種方法可以採用運作成本要小得多的小型反應堆。豪甚至提議讓生產商業化，NASA 和國防部只需要購買最終成品，無需為生產過程投入資金。
遵循牛頓的平方反比定律，陽光強度隨著和太陽的距離加大而降低。如此看來太陽能似乎不適合遠離太陽的空間任務。比如在冥王星的軌道上，2000平方米的陽光所產生的能量僅僅相當於地球軌道上 1 平方米的陽光。然而2011年，NASA 發射了第一個採用太陽能的木星探測器朱諾號。朱諾號依靠 3 個 10 米長的太陽能電池板產生動力。據2007 年的一份 NASA 報告，即使在比木星更遠的地方，探測器依然可以使用太陽能。
