新型放射性同位素加热器使用镅241阻止航天器结冰

新型放射性同位素加热器使用镅241阻止航天器结冰白天问题不大，因为月球表面是真空的，所以用反射面控制加热相对容易。夜间则是另一回事。航天器的热量会迅速辐射出去，当太阳在两周的黑暗后再次升起时，着陆器的电池和电子设备就会损坏，无法挽救。展望未来人类在月球上的永久存在，包括大量的商业活动，ispace公司和莱斯特空间核动力集团希望为未来的任务开发核加热器装置，首先从ispace公司的3系列月球着陆器和漫游车开始。图为RTG原型机这些设备不是核反应堆，而是所谓的辐射热发电机（RTG）。它们的工作原理不是裂变，而是钚等浓缩核同位素的自然放射性衰变。在衰变过程中，它们会放出热量，这些热量可以用来发电，或使航天器在月夜或在外太空系统及更远的深空任务中不被冻住。尽管使用RTG使月球着陆器或漫游车存活的想法已经存在了半个世纪，但ispace/Leicester项目却有些不同。这不仅是一个旨在支持私人月球任务的私人投资项目，它还使用了一种不同的同位素。其他大多数太空任务都使用钚238，而新的加热器将使用镅241。这种同位素不仅成本更低，争议更少，而且半衰期超过400年，可以让漫游车保持多年的温暖。莱斯特大学物理天文学院和莱斯特太空公园的汉娜-萨吉博士说："莱斯特大学与国家核实验室联合开发的放射性同位素动力技术在我们正在进行的测试活动中表现非常出色。在这个项目中，我们将与ispace合作，研究使用放射性同位素加热器为航天器提供足够热量以度过月夜的可行性。""英国航天局国际双边资助的第一阶段用于与我们的国际合作伙伴合作，以了解他们的电力需求和任务重点。在第二阶段，我们将开展实验室和概念研究，以证明任务概念的可行性。这也将提供一个机会，向民用和商业航天产业强调该技术，并展示如何利用该技术满足优先任务的关键动力需求。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432624.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432624.htm

有种电池，能让你的手机100年都不断电

有种电池，能让你的手机100年都不断电你是否也在为手机频繁充电而头疼？你是否也为心脏起搏器定期手术更换电池而烦恼？你是否知道深海探测无人潜水器要如何才能更长久地工作？你知道火星车为了延长续航使用了一种特殊的电池吗？作者：中子科学国际研究院监制：中国科普博览2021年，登陆火星的好奇号探测器使用了一台多用途放射性同位素温差同位素电池(MMRTG)，这种电池可以很好地解决以上的问题，今天就带你了解这种神奇的电池——同位素电池。一、什么是同位素，同位素能干什么?同位素是指原子核内质子数(原子序数)相同但中子数不同的同一元素。比如我们生活中常见的氢元素有就三种同位素，分别是氕(H)、氘(D，重氢)、氚(T，超重氢)，它们之间互为同位素，是同一元素的不同核素。氕、氘、氚原子结构示意图（图片来源：作者手绘）其中有一些元素非常不稳定，能自发地发射粒子或射线，释放一定的能量从而变成另一种元素稳定的原子，这种元素就是放射性同位素。放射性同位素发射射线的过程就是同位素衰变的过程，放射性核素的数目衰变到原有的一半所需的时间就是放射性同位素的半衰期。例如，238Pu的半衰期是87.7年，也就是说，一颗238Pu放射源在放了87.7年后只有一半的钚-238衰变掉了。除了在国防科技中的作用，在我们日常生产生活中，许多同位素也发挥着重要的作用，例如在食品生产中，可以利用同位素60Co产生伽马射线来对食物进行辐照灭菌；在医疗临床方面，已经建立了百余种同位素治疗的方法，可以对一些癌细胞实现靶向辐射进而阻碍其在病人体内继续扩散；在能源领域，利用核反应堆来提供电力。除了上述应用之外，还可以利用238Pu等同位素衰变时的热能制造同位素温差电池以及利用63Ni衰变时释放的辐射粒子来制造辐射伏特效应同位素电池。二、同位素电池长啥样？这里我们着重介绍下应用较为成熟的两种电池：同位素温差电池和辐射伏特效应同位素电池。同位素温差电池（RTG）是利用热电材料的塞贝克效应将同位素的衰变热直接转换成电能的发电装置。RTG由三个部分组成，从内到外分别是同位素热源、热电转换器件、散热外壳。同位素热源发出的热能使热电材料两端产生温差，从而利用热电材料的塞贝克效应产生电流，而特殊材料制成的外壳既可以隔绝辐射，又可以把未被利用的热能释放出去。同位素温差电池典型结构（图片来源：凤麟核团队）辐射伏特效应同位素电池由放射源、半导体换能器件、电极、外壳等结构组成，其工作原理是放射源与半导体材料发生相互作用时，通过电离激发作用产生电子空穴对，然后在半导体内建电场的作用下这些产生的电子空穴对被电极分离收集，进而实现了将放射源的衰变能转换为电能。三、同位素电池可以干什么？同位素电池具有结构紧凑、可靠性高、寿命长（可以连续供能数十年）、不受环境影响、无需维护等共同优势，因此可以在一些需要长期免维护或者环境复杂难以充电的场景，做到一劳永逸，直到退役。同位素...PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1309081.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1309081.htm

欧空局火星探测任务将使用开创性的镅元素核动力源

欧空局火星探测任务将使用开创性的镅元素核动力源欧空局ExoMars火星探测器"罗莎琳德-富兰克林"的艺术家印象图。图片来源：ESA/ATGmedialab利用放射性元素衰变产生的热量的装置，即放射性同位素加热器（RHU）可以让航天器在不依赖太阳能电池板产生的电能来取暖的情况下运行。欧空局历来依靠美国或俄罗斯合作伙伴为任务提供使用钚238的RHU，但自2009年以来，欧空局一直在开展自己的计划，制造放射性同位素加热器以及提供电力的电池。欧洲RHU将加热任务着陆平台上的组件，该平台将漫游车部署到火星表面。在漫游车离开平台并打开太阳能电池板之前，着陆器会为漫游车供电。位于荷兰诺德韦克的欧洲空间研究与技术中心（ESTEC）的欧空局火星探测小组组长奥森-萨瑟兰（OrsonSutherland）说，因此延长着陆器的寿命可以在部署漫游车过程中出现问题时提供备用电源。镅衰变欧空局的加热器装置不仅是欧洲的首创，也是世界上第一个使用镅-241的地方。镅-241是钚衰变的副产品，每克功率低于其前身。但镅-241的数量更多，价格也更便宜，这意味着即使RHU需要更多的同位素才能运行，它们的总体成本也可能更低。"萨瑟兰说："开发并发射欧洲RHU将是欧空局的首创，也是一项重大成就。罗莎琳德-富兰克林号漫游车拥有独特的装备，可以寻找火星上远古生命的踪迹，其2米长的钻头可以让它在火星表面下钻得很深。但这项任务原定于2018年发射，甚至在与俄罗斯的紧张关系升级之前，就已经因为技术问题和COVID-19大流行而推迟了。欧空局不得不从根本上重新考虑飞行任务，以便在没有俄罗斯航天局参与的情况下进行，俄罗斯航天局本应负责建造着陆器，战争带来的现状导致欧空局只能从头设计的新着陆器，并依靠美国国家航空航天局来填补任务计划中剩余的漏洞。根据协议，NASA将提供在2028年发射ExoMars的能力，并为着陆器提供制动发动机。美国国家航空航天局还将为漫游车提供放射性同位素加热器。未来的电池镅RHU是欧洲利用放射性同位素能源装置（ENDURE）项目的一部分。由于这些装置含有放射性材料，因此需要在发射前进行认证。莱斯特大学（UniversityofLeicester）的物理学家和太空动力系统专家理查德-安布罗西（RichardAmbrosi）说，该合作项目正在努力满足2028年的发射安全要求。ENDURE公司的目标是在本十年结束前开发出能够为航天器提供电力而不仅仅是热量的镅电池，以便在2030年代初及时执行欧空局的一系列月球任务。RHU使用的是放射性衰变自然产生的热量，而核电池（称为放射性同位素热电发电机）则将热量转化为电能。位于英国塞拉菲尔德的国家核实验室将利用英国民用发电厂的乏核燃料制造加热器和电池所需的镅颗粒。萨瑟兰说，欧空局拥有自己的加热装置将使该机构能够扩大其探索范围。他说："在火山口等阴暗区域或夜间为飞行系统保温的能力将使以前无法进入的区域得以探索，并延长任务的寿命。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432080.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432080.htm

核废料镅-241为可帮助航天器探索月球 以及更远的地方

核废料镅-241为可帮助航天器探索月球以及更远的地方11月22日和23日在巴黎举行的欧空局部长理事会会议上，部长们同意为一项名为"欧洲使用放射性同位素能源的设备"（ENDURE）的计划提供2900万欧元（3000万美元）。该计划旨在开发以放射性元素镅-241为动力的长效热能和电力装置，为2030年代初欧空局的一系列月球任务及时提供支持。设在荷兰诺德韦克的欧洲空间研究和技术中心（ESTEC）的ENDURE项目共同负责人JasonHatton说："如果我们想在探索中拥有自主权，我们需要这些能力。哈顿说，欧空局不断增长的太空雄心意味着它需要自己的持久动力来源。"镅是钚衰变的副产品，之前从未作为燃料使用过。对于太阳能不能满足的任务，无论是因为过冷的环境还是因为与太阳的距离，欧空局一直依赖美国或俄罗斯的合作伙伴，这些合作伙伴自太空竞赛以来一直使用钚-238电池为任务提供动力。例如，美国国家航空航天局制造了钚电池，在2005年惠更斯探测器下降到土星的卫星泰坦时为其提供了能源。但是钚-238在过去十年中一直供应不足，而且生产成本很高。而且，在俄罗斯入侵乌克兰之后，欧空局断绝了与该国的关系（主要的核燃料出口方）。法国莫东巴黎天文台的天体物理学家AthenaCoustenis说："目前的政治局势表明，你不能总是依赖合作伙伴。"他是支持新计划的欧空局咨询委员会的主席。长期以来，缺乏动力源限制了欧洲科学家提出的单独任务，也限制了其他任务。该机构在2014年敏锐地感受到了其放射性同位素电源的缺乏，当时在彗星登陆的菲莱探测器只运行了不到三天，因为它最终在一个阴暗的地方沉寂，其太阳能电池板没有发挥作用。Coustenis说："多年来，欧洲科学家一直在说，如果你想走得更远，或者去黑暗和寒冷的地方，没有其他办法。"与钚相比，镅的最大优势在于它更便宜、更丰富，可以重新利用原本无用的废物，钚-238是在一个两阶段的过程中制成的，包括用中子辐照镎的目标。位于塞拉菲尔德的英国政府国家核实验室（NNL）的研究人员已经表明，镅可以从民用电厂使用的后处理核燃料中提取，并制成燃料颗粒，形成电池的核心。ENDURE计划的一部分将包括提高镅的产能，以满足电池的需要。镅的半衰期比钚-238长，这意味着它的寿命更长，但每克的功率更小。但由于镅更容易获得，生产一瓦的电力的成本大约是使用钚的五分之一，在ESTEC协调未来月球任务工作的MarkusLandgraf说。在接下来的三年里，ENDURE团队将把原型开发成可以在类似任务条件下进行测试的模型，作为可用设备的先驱。在与NNL的合作中，英国莱斯特大学的一个团队开发了两种类型的装置：放射性同位素加热装置，它用衰变镅中产生的热量来加热仪器；以及放射性同位素热电发生器（RTG），它通过在金属板上产生温度差来利用热量发电。莱斯特大学的物理学家和空间动力系统专家理查德-安布罗西（RichardAmbrosi）说，研究人员设计了这两种类型的设备，以考虑到在一定的功率输出下镅的体积更大，而且与钚相比温度更低。由于使用放射性材料，安全也是至关重要的。他说，这些装置被封装在包括铂金合金在内的各层中，在密封镅的同时允许热量排出。该计划的下一阶段将集中在安全测试上，以便镅装置能够被认证用于发射。测试将包括监测组件在高温和冲击下的行为--例如，在发射台上万一发生爆炸时可以确保放射性材料不会泄漏。一旦开发成功，同样的基本电源系统可以在任何无法使用太阳能的任务中使用。在月球上持续14个地球日的夜晚，以及对木星以外的太阳系的考察。为了在严酷的月夜中生存，中国活跃的月球车嫦娥四号使用与俄罗斯合作建造的钚加热装置。欧空局发射镅动力源的第一个目标是它的Argonaut号月球登陆器，计划在2030年代初发射，Argonaut任务将在月球表面进行长期研究并支持在那里工作的宇航员。在2040年代，欧空局希望向天王星和海王星的任务提供动力。这些行星只在20世纪80年代美国宇航局的旅行者2号探测器飞越时被研究过。镅的可用性以及生产钚-238的挑战，意味着美国宇航局可能也想使用它，ESA正在评估其为未来任务生产足够RTG的能力。对于其旨在在月球上建立长期存在的Artemis计划，NASA也一定会对此有兴趣。安布罗西说，经过十多年的研究，使镅技术达到了可以为真正的任务开发的阶段。"此刻的兴奋之情实际上是很明显的。我们在这方面已经工作了很长时间，"他说。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335253.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335253.htm

盖茨旗下核能技术公司获7.5亿美元融资，韩国企业参与

盖茨旗下核能技术公司获7.5亿美元融资，韩国企业参与8月16日消息，当地时间周一微软创始人比尔·盖茨（BillGates）创办的核能技术初创企业泰拉能源（TerraPower）宣布，在最新一轮融资中获投7.5亿美元，主要用于开发核能技术以及核医学创新。据悉，本轮融资由公司董事长盖茨和韩国能源供应商SK共同牵头，其中SK投资2.5亿美元。泰拉能源首席执行官克里斯·莱韦斯克(ChrisLevesque)在一份声明中表示：“无论是在用零碳先进核能应对气候变化，还是用放射性同位素抗击癌症等医疗领域，我们的团队都在部署技术解决方案，这引发了世界各地投资者的注意。”虽然核反应堆产生的能量不会释放温室气体，但过程中产生的核废料会长期存在，必须谨慎储存。泰拉能源正与通用电气旗下的通用日立核能公司合作，将Natrium项目商业化。Natrium项目包括一个小型反应堆和一个熔盐能量存储系统，整个系统能让小型反应堆根据需要在短时间内提高能量输出。目前，泰拉能源正在美国怀俄明州一家即将停运的燃煤电厂展示熔盐反应堆技术。这也是美国能源部先进反应堆示范项目(ARDP)的组成部分。泰拉能源希望将熔盐反应堆技术商业化，用于为污水处理厂、化学品处理厂等重工业用户提供零碳能源。公司开发的核能技术属于第四代核电技术行波堆（TWR），这种反应堆能将开采铀的使用效率提高30倍，并大大减少核废料的产生。泰拉能源还计划通过放射性同位素项目帮助医生治疗癌症。少量的微放射性物质可以用来帮助治疗某些癌症，其中一种放射性物质锕-225可以用来帮助治疗前列腺癌、淋巴瘤，黑色素瘤和其他癌症。泰拉能源在创新提取钍-229的工艺。钍-229是制造锕-225所需的原料，来源是铀-233。目前锕-225还不足以满足医用需求。泰拉能源表示，公司将利用提取锕-225的“独特途径”，为医疗界引入更多这种放射性同位素。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1304881.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1304881.htm

中核集团宣布首次获得公斤级钼同位素

中核集团宣布首次获得公斤级钼同位素据了解，钼（Mo）同位素在核医学、基础物理、先进核燃料等研究领域有着广泛的应用前景。在核医学领域，高丰度钼-98和钼-100同位素是生产放射性同位素钼-99的前置核素，钼-99进一步衰变生成锝-99m，是目前核医学中应用最为广泛的诊断用放射性核素。在基础物理领域，高丰度钼-100同位素应用于无中微子双β衰变实验，该实验研究是当前国际粒子物理与核物理研究的重要前沿课题，对探究中微子基础性质、揭示宇宙演化过程具有重要意义。在先进核燃料研究领域，贫化钼-95因熔点比主流核燃料包壳材料—锆高出760℃，可制造更耐高温的核燃料组件，大幅提升核燃料组件的安全性能，为核电事业安全绿色发展提供保障。为满足国内市场需求，改变钼同位素材料长期依赖进口和供应不足的局面，中核集团科研团队基于近30年持续研发经验，大胆创新。最终突破同位素分离过程中卡脖子关键技术，首次获得了公斤级同位素丰度达到99%的钼-100同位素产品，填补国内该技术领域空白。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1392413.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1392413.htm