引言
 
     人类活动逐渐面向外太空、深海、极地、荒漠等，这些地方需要能长时间稳定提供电能的电源装置。普通电池己难以满足这些活动的需要。化学电池工作寿命有限，光伏电池强烈依赖太阳光，且性能还受到外太空中的宇宙射线影响。相比于普通电池，放射性同位素电池具有工作寿命长、可靠性高、能量密度大、体积小等特点，这些特点使放射性同位素电池成为航天、深海等领域最佳的电源。

 

    低功率电子器件和微机电系统发展面临的一个重大瓶颈就是电源装置的小型化、微型化，为低功率电子器件和微机电系统找到足够小的电源装置，是一个非常热门的研究领域。小型化或微型化的放射性同位素电池可以有效地解决这个问题。且随着更多的核反应堆的投入运行，人工放射性同位素的生产成本会大大下降。目前世界各先进国家纷纷致力于放射性同位素电池的研究。

 

 

各种类型的放射性同位素电池
 
     放射性同位素电池的种类较多，按照换能原理的不同，可分为热型和非热型。其中非热型放射性同位素电池又叫作核电池
 
     1. 1 热型放射性同位素电池
 
     热型放射性同位素电池是将放射性同位素衰变产生的高能带电粒子与物质作用产生的热能转换为电能的一种电源装置。按照换能器件结构的不同，该类型放射性同位素电池一般分为动态和静态两种类型
 
     1.1.1 动态型
 
     动态型放射性同位素电池的工作原理与热机相同。放射性同位素衰变产生的高能带电粒子与物质作用产生的热能加热流体推动发电机发电。这类电池转换效率比较高，可达20-40%，功率
 
     一般大于一千瓦，是一种非常有发展前景的大功率放射性同位素电池。这种电池近十年来己进入工程单元的设计和论证
 
     1.1.2 静态型
 
     静态型放射性同位素电池的换能器件没有活动部件。根据换能方式的不同，该类型的放射性同位素电池又可分为热离子型和热电型
 
     热离子型放射性同位素电池是利用热离子(热电子)发射效应将放射性同位素发出的高能带电粒子与发射极相互作用产生的热能转换为电能的-种电源装置。发射极为高熔点金属，如徕、钮、钨、铂、碳化等，收集极为低逸出功金属。上世纪20年代就有人开始研究热离子发电。上世纪60年代末，前苏联开始研究此类电池，用反应堆作为热源，以235U为核燃料，并于1988年将此类电池用做“宇宙-1818和宇宙-1867”的电源。这类电池的输出电流大，功率可达数百瓦，实际转换效率为5.8%，理论转换效率最高为20%，是深空探索非常有发展前途的一种大功率放射性同位素电池
 
     热电型放射性同位素电池是利用塞贝克效应将放射性同位素发出的高能带电粒子与物质相互作用产生的热能转换为电能的一种电源装置。该类型的电池又称之为温差核电池。目前，此类电池广泛应用于航天、深海、心脏起搏器等领域。此类放射性同位素电池的热源多用a源(如238Pu,230Po等)和高能量R源(如90Sr等)。美、苏等国于上世纪60年代开始了此类放射性同位素电池的研究，并用做人造卫星、登月等的电源。上世纪80年后，苏、法、美等国研制出大功率此类型电池用作火箭的第二级发动机动力和航天器的电源。我国于上世纪60年代开始研究热电型放射性同位素电池。上海原子核研究所于上世纪70年代成功研制出210Po源，此类型电池，功率为1.4W，转换效率为4.2% ,填补了国内这一领域的空白。这种电池的小型化很有发展前景，但电池转换效率不高，约为8-10%，且存在高温导致半导体退化的问题。目前主要研究耐高温半导体热电换能器以提高其转换效率
 
     1.2 非热型放射性同位素电池
 
     非热型放射性同位素电池是将同位素的衰变能经过某种次级效应间接或直接地转换为电能。此类放射性同位素电池也称为核电池。这一类电池的输出功率一般为微瓦至毫瓦级，是一种重要的微型电源。核电池多用纯R放射性源或具有弱y放射性的R放射性源作为电池的能量源
 
     1. 2. 1 直接转换核电池
 
     直接转换核电池是基于R辐射伏特效应，接触电势差，次级电子发射和康普顿效应，将放射性同位素衰变能转换为电能。直接转换核电池分为p-n结核电池、接触电势差核电池、二次电子发射核电池和Y核电池
 
     p-n结核电池的工作原理与光伏电池相同，所用放射性同位素源一般为纯放射源，如3H、63Ni等。这种电池的开路电压小于1V。但理论转换效率较高，达40%。国外p-n结核电池的研究始于上世纪50年代。1953年，P.Rappoport用Sr90-y90研制出世界上第一个p-n结核电池，输出功率在10kn匹配负载电阻时为0.8nA/cm，转换效率为0.4%
 
     光伏电池和热电型放射性同位素电池的快速发展与应用限制了此类核电池的发展
 
     进入本世纪后，由于微机电系统和其他低功率电子器件的快速发展，世界先进国家开始重视此类核电池的研究。由于粒子的能量比较高，因此半导体随着时问的推移将受到损伤，有人提出使用某种液态半导体作为转换媒介，这样在带电粒子通过时不会对半导体造成损伤，可以有效地增加电池的使用寿命且体积可以做得更小。研制宽禁带半导体是当前研究的一个重要方面，宽禁带半导体p-n结核电池可以提高此类电池的辐射稳定性和转换效率
 
     2 结速语
 
     综上所述，到目前为止，实际应用较广的放射性同位素电池有热电型和热离子型放射性同位素电池，特别是热电型放射性同位素电池己被广泛应用于航天、深海、心脏起搏器等特殊场合，而其它类型的放射性同位素电池很多尚处于研究和改进之中，应用较少。目前世界各先进国家纷纷致力于放射性同位素电池的研究，研究的方向主要是提高放射性同位素电池的转换效率及实现放射性同位素电池的小型化、微型化。随着核电池安全、转换效率和成本等问题的解决和技术的不断成熟，其应用领域也将会更加广阔。

 

 

 

链接：

《叶培建：月球车将用同位素热源和同位素电源保证运行》

《国家航天局：同位素电池成为航天技术进步的重要工具》