核廢料助航天器探索宇宙更深處

　　英國《自然》網站在近日的報道中指出，當地時間11月22日至23日在巴黎召開的歐洲空間局（ESA）理事會會議上，ESA同意資助名為“使用放射性同位素能源的歐洲設備”（ENDURE）的計劃。該計劃旨在開發由放射性同位素镅-241提供電能的裝置，以替代現有的钚-238電池，助力歐盟探索月球及更遙遠的地方。

　　變廢為寶

　　《自然》在報道中指出，歐洲科學家正在開發一種以核廢料镅-241為動力的電池，ESA希望，到本世紀末，這些裝置能為航天器長效供電而不依賴太陽能電池板，以助力該機構探索月球及太陽系的遙遠區域。

　　ESA擬向ENDURE項目提供3000萬美元資助。該項目聯合負責人、歐洲空間研究與技術中心的賈森·哈頓表示：“歐洲空間局未來有多項雄心勃勃的太空探索任務，如果我們想在探索中擁有自主權，就需要擁有由自己研發的長效電源。”

　　目前，對于無法由太陽能完成的任務，ESA都依賴美國或俄羅斯合作伙伴研制的钚-238電池為相關任務提供動力。但在過去10年中，钚-238一直供不應求，生產成本高昂。

　　長期以來，缺乏電源限制了歐洲科學家單獨提出的太空任務的開展。例如，2014年，ESA的“菲萊”彗星著陸器降落于彗星上太陽光照射不到的地方，其上的太陽能電池板變得毫無用處，導致“菲萊”只運行了不到3天就進入深度休眠狀態。

　　支持這項新計劃的ESA咨詢委員會主席、法國梅東巴黎天文臺的天體物理學家阿西娜·庫斯坦尼斯說：“多年來，歐洲科學家一直在說，如果你想去很遠的地方，或者去黑暗寒冷的地方，沒有其他辦法。”

　　優點多多

　　镅是钚衰變產生的副產品，也是核廢料中目前較難處理的一種成分，此前從未被用作燃料。

　　ENDURE項目共同負責人維洛妮克·費萊·卡弗魯瓦表示，與钚相比，镅最大的優勢是它更便宜、更豐富，可以將原本無用的廢物重新利用。ESA登月任務協調人馬庫斯·蘭格拉夫則指出，镅的半衰期比钚-238長，這意味著它的壽命更長。盡管每克镅含有的能量更少，但由于其更容易獲得，因此提供同等電力的成本約是使用钚的1/5。

　　钚-238是在用中子輻照镎靶的過程中制造而成。英國國家核實驗室的研究表明，镅可以從民用發電廠使用的再加工核燃料中提取出來，并制成燃料球，構成電池的核心。

　　在接下來的3年里，ENDURE團隊將開發可在探月等任務類似條件下進行測試的模型。在與英國國家核實驗室的合作中，英國萊斯特大學的一個團隊開發出了兩種設備：一種放射性同位素加熱裝置，它利用镅衰變過程中產生的熱量加熱儀器；另一種放射性同位素熱電發電機，它利用在金屬板之間產生溫差來發電。

　　領導上述項目的萊斯特大學物理學家及空間動力系統專家理查德·安布羅西說，這兩種裝置表明，镅在給定輸出功率下電池體積更大、溫度也比钚更低。研究團隊希望未來能解決這兩大問題。

　　安布羅西表示，由于使用放射性材料，電池的安全也至關重要。他們的研究團隊計劃，接下來側重安全測試，以便镅裝置能夠獲得安全認證。測試將包括監測部件在高溫和沖擊下的行為，例如在發射臺爆炸時，可以確保放射性材料不會泄漏。他說：“我們必須確保這些設備能夠在一系列非常極端的情況下生存下來。”

　　助力探月

　　費萊·卡弗魯瓦表示，這些電源系統一旦研制成功，可以在任何無法使用太陽能的任務中發揮作用。比如，在月球上持續14個地球日的夜晚開展探索任務，以及應用于木星以外的太陽系探險任務中。

　　ESA登月任務協調人蘭格拉夫表示，ESA計劃首先在其Argonaut月球著陸器上使用镅-241電池，該著陸器計劃于2030年代初發射，將在月球表面開展長期研究。到本世紀40年代，镅-241電池將能為前往天王星和海王星的任務提供電力。

　　蘭格拉夫說，镅很容易獲得，而生產钚-238則面臨不少挑戰，美國國家航空航天局（NASA）或許也想使用镅-241電池，該機構正在評估為未來任務生產足夠放射性同位素熱電發電機的能力，用于在月球上建立長期根據地的阿爾忒彌斯計劃。

　　安布羅西指出，經過十多年研究，镅技術才發展到可用于實際任務的階段，“對此，我們非常興奮”。