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核电池|核电池是什么原理，毅力号的核电池有多贵，能用在电动汽车上吗？

火星毅力号电池核电池

美国毅力号火星车即将紧随天问一号到达火星 ， 着陆时间会比我们更早 。 毅力号任务的主要目的是要把重量超过1000公斤的大型火星车送上火星 ， 比天问一号的巡视器要重得多 ， 由于采用了核电池而非电池板 ， 整车设计寿命可达2年 ， 比我国火星车的三个月要长得多 ， 甚至有望像前辈好奇号那样工作8年或更长 。
核电池|核电池是什么原理，毅力号的核电池有多贵，能用在电动汽车上吗？
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毅力号火星车采用核电池
核电池这么给力 ， 它的原理是什么呢？毅力号这块核电池有多昂贵？不少网友希望把它装在电动汽车上 ， 实现无限续航 ， 可不可行呢？
核电池的原理：放射性同位素温差发电
核电池有很多种 ， 都是利用放射性同位素的衰变来发电（并非反应堆） ， 但航天器上用的主要是钚238核热电池 ， 它的原理很简单：芯部的钚238衰变产生热量 ， 通过换能器也就是热电转换器件 ， 利用温差将热能转化为电能 ， 所以也叫同位素温差电机RTG 。
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钚238氧化物因衰变而发热
不过核电池说起来简单 ， 造起来却很难 ， 关键在于两点：钚238的来源和热电转换的效率 。 钚238很难获取 ， 需要把镎237放在专用的反应堆内进行中子辐照 ， 镎237是生产原子弹用的钚239的副产品 ， 它吸收一个中子变成镎238 ， 再经一次β衰变转化为钚238 。 这个过程的成本极高 ， 仅美俄有能力大量生产 。 而热电转换效率是另一大瓶颈 ， 这方面美国做得最好 ， 好奇号毅力号使用的核电池效率达到了6.3% ， 算是相当高了 。 较低的转换效率意味着要想实现大功率 ， 就得耗费很多钚238 ， 大大增加了成本 。
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钚238核热电池
既然钚238的生产这么困难 ， 为什么非要用它呢？因为它的衰变是α衰变 ， 只会产生α粒子和少量伴随的中子 ， 几乎没有穿透力极强的伽马射线 ， 很容易屏蔽 ， α粒子的能量也容易沉积下来 ， 发热量高 。 而86.4年的半衰期也比较适中 ， 既不会很快衰减 ， 又能有足够大的比功率 ， 钚氧化物PuO2的熔点还特别高 ， 是制造核电池的理想材料 。 因此美国勒紧裤腰带也要上钚电池 ， 哪怕它是天价 ， 那么核电池到底有多贵呢？
毅力号核电池造价7000万美元 ， 贵吗？
毅力号是美国最新型的火星漫游车 ， 重1043公斤 ， 长度达到3米 ， 接近一辆小轿车 。 它采用了与好奇号相似的MMRTG核电池 ， 该电池使用了4.8公斤的钚氧化物 ， 总重45公斤 ， 初始功率110瓦 ， 设计寿命14年 ， 造价达到了惊人的7000万美元 ， 这是个什么概念？最近印度又要买俄罗斯的米格35战斗机 ， 单价6000万美元 ， 这个几十公斤的核电池竟然比一架先进战斗机还贵！
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这么个小东西竟然值7000万美元
为什么如此夸张？就是因为钚238太贵了 ， 一公斤的价格高达上千万美元 ， 而且每年还都在涨价 。 在冷战时期 ， 美苏为了生产核弹用的钚239 ， 会产生很多镎237 ， 每年可生产100多公斤钚238 ， 因此钚238电池大量应用在美国的卫星和行星探测器上 。 然而美国在1988年停止了钚238的生产 ， 改为向俄罗斯购买 。 2010年俄罗斯自身供应也不足 ， 停止了出口 ， NASA的钚238库存告急 ， 一度只剩下35公斤 ， 以至于著名的朱诺号木星探测器不得不使用了硕大的太阳能电池板 。 不过2015年美国已经重新具备生产能力 。
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毅力号的核电池安装在尾部（画圈处）
毅力号装备如此昂贵的核电池 ， 值不值呢？要知道毅力号的总造价达到了27亿美元 ， 是同等重量黄金价格的7倍！上面安装了大量科学仪器 ， 每一样都是价值连城 ， 这些设备都需要用电 ， 而太阳能电池板供电不稳定 ， 火星上阳光暗弱 ， 还有大量尘土甚至沙尘暴 ， 以往采用电池板的机遇号勇气号就经常罢工 。 而核电池不受阳光、天气和灰尘的影响 ， 能够雷打不动地输出电力 ， 用7000万美元来保障价值27亿美元的火星车稳定供电 ， 这笔买卖当然很值！那么核电池用在电动汽车上值不值呢？
电动汽车装上核电池 ， 能无限续航吗？
把核电池装在电动汽车上 ， 不用充电 ， 不用加油 ， 无限续航走天下 ， 岂不是太美好了？实际上 ， 就是真正的土豪也扛不住这样造！咱们来算一下：
核电池|核电池是什么原理，毅力号的核电池有多贵，能用在电动汽车上吗？
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核电池在手 ， 不充电走遍天下？
驱动一台纯电动汽车 ， 功率得达到50千瓦以上 ， 也就是毅力号核电池的450多倍 。 如果简单粗暴地把造价乘上450 ， 可得到这块超级核电池的成本将高达315亿美元！需要钚238氧化物2160公斤 ， 整个装置重量已经不可想象 ， 50千瓦都未必拉得动这辆车了 。 同时随着钚238的不断衰变 ， 功率还会越来越低 。
【核电池|核电池是什么原理，毅力号的核电池有多贵，能用在电动汽车上吗？】核电池|核电池是什么原理，毅力号的核电池有多贵，能用在电动汽车上吗？
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超级富豪也不敢这样玩
很多网友指出 ， 成本不应该这样简单地相乘 ， 因为核电池做得大了 ， 集成度提高 ， 单位功率的造价就不会那么贵了！这对其它设备来说确实适用 ， 但核热电池却未必 ， 如果热电转换效率恒定 ， 你需要多大功率 ， 就得装多大量的钚238 ， 这部分成本是大头 ， 省不下来！所以总价可能是会比315亿美元低一点儿 ， 但低不了太多 。 因此 ， 用核电池来开汽车就不要想了 ， 马斯克来了也没戏 。
来源：科技你懂的本次分享：山海会公众号
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