放射性同位素髮電機是利用放射性物質衰變所釋放的熱能來進行發電。放射性物質通常以一個或多個鈽-238顆粒形式來套用。也可以使用其他同位素，但對於空間套用而言，只有輻射穿透能力低的元素能夠適用，可以被禁止材料阻擋以保護敏感的設備。特別的是，歐洲空間局正在研究將鎇-241作為歐洲空間電源系統的潛在同位素。
基本介紹
- 中文名：放射性同位素髮電機
- 外文名：radioisotope generator
- 套用：太陽系外的空間任務
- 最大電功率：131瓦
- 代表：《SNAP-7》發電機
- 主體系統：熱電轉換系統
發展歷程,主體結構,發電原理,套用,相關法則,
發展歷程
放射性同位素髮電機的研製，因空間套用而受到重視。這項工作最早是在蒙德實驗室進行的（該實驗在50年代初是由蒙薩托研究公司負責為原子能委員會進行工作的)。後來(1960年)，由西屋公司完成《NAP-100》，即100瓦的核輔助發電機的研製工作。《NAP-100》由140對由玻璃和雲母熱絕緣的溫差電偶(碲化鉛-鍺，碲化鉍)構成，最大電功率為131瓦，總效率達5.16%。
圖1《SNAP-7》發電機的結構
圖1《SNAP-7》發電機的結構此後，在氣象站的促進之下，研製成《SNAP-3》(3瓦的鍶90核輔助發電機)和五台《SNAP-7》，其中《SNAP-7》發電機的結構如圖1，成為首批供實用的放射性同位素髮電機。已用在海上浮標、導航燈和聲納信標等設備的電源中。為進行月震實驗，《阿波羅-11》號的太空人曾將一個同位素加熱器放在月面上運轉，《阿波羅-12》號的太空人留在月球上的儀器的唯一電源就是《SNAP-27》，它經受了月球表面極高溫差考驗，功率輸出為70瓦。航宇局的《先驅者》和《海盜》等不載人的行星際探測火箭，都使用了放射性同位素電源。
主體結構
如果將一個放射性同位素髮電機的外殼剝開，如圖2我們將發現它有四個主要的部分。第一部分為外殼本身，其為一個薄薄的金屬罐用來防止內部受到污染 ，通常也用來做為散熱器。第二部分為大量的輻射禁止物質，雖然這些有時對於發射α粒子的燃料並沒有必要。第三部分就是排列整齊的熱電元或是熱離子轉換體，用以把同位素衰變時所放出熱的一部分轉變為電流。最後，在發電機的中心部分便是整個能量的來源即燃料套。大多數放射性同位素髮電機的形狀均呈圓柱形柱。
圖2 放射性同位素髮電機剖面圖
圖2 放射性同位素髮電機剖面圖發電原理
放射性物質釋放高能量輻射，它在第一步就已通過包裹放射性同位素放在適當的容器中將其轉換成熱能。套用禁止來控制放射，這方面不僅僅只和載人飛行任務有關，同時也要防止干擾科學儀器。
放射性同位素的衰變提供了恆定的程度的熱量，放射性同位素髮電機可以利用其中的熱電轉換系統直接轉換成電力能源，或如斯特林發動機通過媒介轉換成機械能。前者提供了一個強魯棒性的系統，沒有移動部件或發動機的磨損，後者提供了更高的熱-電轉換效率，但提高了整體系統的複雜性。
套用
放射性同位素髮電機已經在地面和空間套用中成功套用了超過十年。地面系統主要套用於遠程發電，因為供應燃料發電機是不切實際的。同時放射性同位素髮電機也已廣泛地套用於空間中，尤其是到太陽系外的空間任務中。行星際航天任務和其他脫離地球引力場的航天任務可使用放射性同位素髮電機。如航天任務執行完畢後將發電機存入在高軌道上，則也可用於地球軌道。在任何情況下都須作出最終的處理。還有就是套用於相對較低功耗的移動系統，如因為大小的原因而無法使用太陽能光伏板的火星表面探測車。
放射性同位素髮電機在套用時要注意使用封閉系統加以保護，該系統的設計和構造應保證在可預見的軌道條件下在再人高層大氣時承受熱力和空氣動力，軌道運行條件在有關時包括高橢圓軌道或雙曲線軌道。一旦發生撞擊，封閉系統和同位素的物理形態應確保沒有放射性物質散入環境，以便可以通過一次回收作業完全清除撞擊區的放射性。
相關法則
放射性同位素髮電機由於主要是在外層空間使用，因此必須要遵循相關法則，主要是《關於在外層空間使用核動力源的原則》。1992年聯合國大會通過《關於在外層空間使用核動力源的原則》，各國在外層空問使用核動力源應遵守下列規則：
1.涉及在外層空間使用核動力源的活動應按照國際法，尤其是《聯合國憲章》和《外空條約》進行。
2.在外層空間使用核動力源應限於用非核動力源無法合理執行的航天任務。
3.載有核動力源的空間物體的設計應包括冗餘設備、故障糾正系統、牽制和隔離以及部件相互獨立等功能。以防止或儘量減少公眾接觸輻射。
4.核反應堆的設計應能使其在達到運行軌道前不進入臨界狀態．使之用後存放在足夠高度的軌道上，以確保該系統在進入大氣層前放射性物質衰變到安全的水平；放射性同位素髮電機的設計應使其能承受再入大氣層和地面撞擊，同時不將放射性物質散人環境。
5.發射核動力源的國家應公開對該系統的安全評價，萬一該系統發生故障導致重返地球時，發射國應通知有關國家並幫助消除任何有害影響。
6.各國應按照《外空條約》和《責任公約》。為其設計使用核動力源的外空活動承擔責任。在損害賠償方面，除應按公平合理原則確定賠償外，還應包括償還有適當和足夠依據的搜尋、回收和清理工作的費用，其中包括第三方提供援助的費用。
