放射性核素在空間探索中的作用

I目錄

■CONTENTS

第一部分放射性同位素作為熱源：提供持續(xù)穩(wěn)定的能量........................2

第二部分放射性示琮技術(shù)：用于行星表征和生命探測...........................4

第三部分輻射屏蔽：保護宇航員免受宇宙輻射.................................6

第四部分放射性探測：尋找外星生命和宜居環(huán)境...............................9

第五部分藥物開發(fā)：利用放射性同位素標記開發(fā)治療手段.....................II

第六部分科學儀器校準：確保航天器儀器的準確性............................14

第七部分空間推進系統(tǒng)：提供推力輔助探索任務(wù)..............................16

第八部分太空核電池：為長期太空任務(wù)提供可靠能源..........................19

第一部分放射性同位素作為熱源：提供持續(xù)穩(wěn)定的能量

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

放射性同位素作為熱源：提

供持續(xù)穩(wěn)定的能量1.熱量釋放的原理：放射性同位素衰變過程中釋放大量能

量，這些能量以熱量的形式釋放出來，成為熱源。核素的半

衰期決定著熱量的釋放速率。

2.熱源的優(yōu)點：放射性同位素熱源具有能.量密度高、釋放

熱量穩(wěn)定、不受外在因素影響等優(yōu)點。在空間探索中，它為

航天器提供持續(xù)穩(wěn)定的熱源，維持儀器設(shè)備的正常運行。

3.應(yīng)用領(lǐng)域：放射性同位素熱源廣泛應(yīng)用于航天器的推進

系統(tǒng)、環(huán)境控制系統(tǒng)、儀器設(shè)備供電等領(lǐng)域。例如，美國“旅

行者號”探測器使用杯-238作為熱源，為其電子設(shè)備提供穩(wěn)

定動力。

放射性同位素選擇標準：安

全、高效、長效1.選擇標準：空間探索中的放射性同位素熱源需要滿足安

全、高效、長效等要求。安全方面，放射性同位素必須具有

低放射性、易于屏蔽的特性；高效方面，要求熱釋放率高，

熱能利用率高；長效方面，要求半衰期長，能夠持續(xù)提供熱

量。

2.常見同位素：滿足上達要求的放射性同位素包括缽-238、

鎘-244、鐘-210等。其中，缽-238由于其高能量密度、長半

衰期和良好的屏蔽特性而成為空間探索中的首選熱源。

3.技術(shù)進步：近年來，隆著材料科學和核工程技術(shù)的進步，

新型放到性同位素熱源不斷涌現(xiàn)。例如，美國研發(fā)的先進斯

特林放射性同位素熱源(ASRG),在安全性、效率和壽命

方面都有顯著提升。

放射性同位素作為熱源：提供持續(xù)穩(wěn)定的能量

在空間探索中，放射性同位素熱源(RHU)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，

為遠離陽光或其他傳統(tǒng)能量來源的航天器和探測器提供持續(xù)穩(wěn)定的

熱能。

放射性衰變的原理

放射性同位素是原子核中具有過量能量或不穩(wěn)定質(zhì)子或中子數(shù)量的

元素同位素。這些不穩(wěn)定的同位素會通過放射性衰變釋放能量，從而

向周圍環(huán)境發(fā)射粒子或光子。

熱源設(shè)計

RHU通常由高度放射性的材料制成，如缽-238或怖-232。這些材料

封裝在堅固、密封的容器中，以防止輻射泄漏。容器的設(shè)計還包括熱

電偶或其他機制，用于將放射性衰變產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)化為電能。

持續(xù)的能量供應(yīng)

不同于依靠外部能量來源的太陽能電池或熟料電池，RHU能夠持續(xù)不

斷地產(chǎn)生熱能，不受陽光或其他環(huán)境因素的影響。這對于需要長期進

行科學觀測、數(shù)據(jù)傳輸或其他關(guān)鍵任務(wù)的航天器和探測器至關(guān)重要。

應(yīng)用實例

RHU已在廣泛的空間探索任務(wù)中得到應(yīng)用，包括：

*衛(wèi)星和深空探測器：為電子設(shè)備、傳感器和通信系統(tǒng)提供熱能。

*火星車和月球著陸器：用于保持內(nèi)部溫度，使其免受極端溫度的影

響，并為科學儀器提供熱源。

*空間望遠鏡：為敏感的儀器和熱控系統(tǒng)提供穩(wěn)定的熱環(huán)境。

優(yōu)勢

使用RHU作為熱源具有以下優(yōu)勢：

*持續(xù)可靠：RHU能夠在極端環(huán)境中持續(xù)提供穩(wěn)定的熱能，不受陽光

或大氣條件的影響。

*能量密度高：RHU的能量密度非常高，這意味著它們可以提供大量

的熱能，同時保持相對較小的尺寸和重量。

*無須維護：RHU無需維護或燃料補給，使其非常適合長期任務(wù)。

例證

*美國國家航空航天局(NASA)的好奇號火星車攜帶一個RHU,其

熱能輸出功率約為2千瓦，持續(xù)超過八年。

*歐洲航天局(ESA)的羅塞塔彗星探測器使用一個RHU,為其儀器

和系統(tǒng)提供熱能，持續(xù)長達12年。

結(jié)論

放射性同位素熱源是空間探索的重要工具，為航天器和探測器提供持

續(xù)穩(wěn)定的熱能。它們在行星探索、航天科學和商業(yè)航天應(yīng)用中發(fā)揮著

至關(guān)重要的作用，使人類能夠克服惡劣的環(huán)境挑戰(zhàn)，探索遙遠的世界。

第二部分放射性示蹤技術(shù)：用于行星表征和生命探測

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

主題名稱：行星表征中的放

射性示蹤1.利用放射性同位素的衰變特性表征行星年齡和演化史，

例如使用鈾鉛(U-Pb)和鉀氫(K-Ar)定年法。

2.研究放射性元素在行星地質(zhì)過程中的分布和遷移，揭示

行星內(nèi)部結(jié)構(gòu)和地質(zhì)活動，例如分析放射性氣體氫(Rn)

和社(Th)的豐度。

3.探索行星表面特征的形成和演變，例如利用隕石坑中的

放射性元素測量撞擊時間和了解撞擊過程。

主題名稱：生命探測中的放射性示蹤

放射性示蹤技術(shù)：用于行星表征和生命探測

放射性示蹤技術(shù)是一種功能強大的工具，在行星表征和生命探測領(lǐng)域

發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過利用放射性同位素的獨特性質(zhì)，科學家

們能夠獲得有關(guān)行星表面、地質(zhì)過程和潛在生命存在的信息，為空間

探索提供關(guān)鍵見解C

行星表面表征

放射性示蹤劑用于測量行星表面的年齡、風化程度和侵蝕速率。例如,

使用放射性同位素鉀-40(40K)進行鉀-氮年代測定，可以確定巖石

和礦物的年齡，為了解行星地質(zhì)學提供了時間框架。

放射性同位素鋤-87(87Rb)和鋸-87(87Sr)的比率可以揭示巖石的

成因和風化程度。高87Sr/86Sr比率表明巖石發(fā)生了水熱蝕變或風化

作用，而低比率則表明巖漿作用或變質(zhì)作用。

地質(zhì)過程的研究

放射性示蹤劑可用于追蹤地質(zhì)過程，例如火山活動、板塊構(gòu)造和水文

循環(huán)。放射性同位素牡-232(232Th)和鈾-238(238U)的衰變系列可

以提供有關(guān)火山活動的信息，而碳T4(14C)可以追蹤地下水和大氣

中的碳循環(huán)。

生命探測

放射性示蹤技術(shù)是探測地外生命的一個重要工具。放射性同位素磷-

32(32P)用于測量生物體中核酸的合成，而硫-35(35S)可用于檢測

硫還原細菌的存在,

火星探索的應(yīng)用

放射性示蹤技術(shù)在火星探索中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。火星車“好奇

號”搭載了阿爾法粒子X射線光譜儀(APXS),用于測量巖石和土壤

中放射性元素的豐度，為確定地質(zhì)成分和尋找生命印跡提供了寶貴數(shù)

據(jù)。

未來前景

隨著空間探索技術(shù)的不斷進步，放射性示蹤技術(shù)在行星表征和生命探

測中的應(yīng)用預計將進一步擴大。未來任務(wù)計劃使用放射性示蹤劑來研

究木星的衛(wèi)星、土星環(huán)以及系外行星的大氣層和表面。

具體示例

*火星車“毅力號”：搭載了火星有機物分子分析儀(MOXIE),用于

將火星大氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣。MOXTE利用放射性同位素缽-

238(238Pu)作為熱源，為反應(yīng)提供能量。

*歐羅巴快船：計劃于2024年發(fā)射，將研究木星衛(wèi)星歐羅巴的宜居

性。快船將攜帶輻射測量儀器，用于探測歐羅巴冰殼和地下海洋中放

射性元素的分布。

*龍飛號探測器：中國探月計劃的組成部分，攜帶了中子誘發(fā)光譜儀

(NIS)oNIS利用放射性同位素銅-252(252Cf)作為中子源，用于分

析月球土壤中各種元素的豐度。

結(jié)論

放射性示蹤技術(shù)是行星探索中不可或缺的工具，使科學家們能夠深入

了解行星表面、地質(zhì)過程和潛在生命的存在。隨著空間探索技術(shù)的不

斷進步，放射性示蹤劑在未來任務(wù)中將繼續(xù)發(fā)揮至關(guān)重要的作用，幫

助我們揭開宇宙中其他世界的秘密。

第三部分輻射屏蔽：保護宇航員免受宇宙輻射

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

【輻射屏蔽：保護宇航員免

受宇宙輻射】1.太空環(huán)境中存在大量高能宇宙射線，對宇航員的健康構(gòu)

成嚴重威脅，可能會導致細胞和組織損傷、癌癥和神經(jīng)退

行性疾病。

2.輻射屏蔽材料是保護宇航員免受有害輻射的重要手段，

其作用原理是通過吸收或反射射線來減弱其強度。

3.用于空間探索的輻射屏蔽材料通常具有高密度、低原子

序數(shù)和良好的機械性能，如聚乙烯、水、鋁和鉛。

【輻射劑量評估】

輻射屏蔽：保護宇航員免受宇宙輻射

在空間探索中，宇航員暴露在高水平的電離輻射，包括來自太陽粒子

和宇宙射線的輻射c這些輻射會對宇航員的健康造成重大風險，包括

輻射病、癌癥、神經(jīng)系統(tǒng)損傷和DNA損傷。因此，為宇航員提供有

效的輻射屏蔽至關(guān)重要，以確保他們的安全并實現(xiàn)長期的空間探索目

標。

輻射環(huán)境

宇航員在太空中面臨來自各種來源的電離輻射，包括：

*太陽輻射：太陽不斷釋放帶電粒子流，稱為太陽風。太陽風中含有

的高能質(zhì)子和電子在太陽耀斑或日冕物質(zhì)拋射等事件期間，其強度會

顯著增加。

*宇宙射線：宇宙射線是由銀河系外來源的高能粒子組成，包括質(zhì)子、

氮核和重離子。宇宙射線具有極高的能量，能夠穿透大多數(shù)物質(zhì)。

*阿爾法粒子：阿爾法粒子是帶正電的氯原子核，通常來自宇航員飛

船周圍的巖石和塵埃。阿爾法粒子具有較低的穿透能力，但可以在近

距離內(nèi)造成嚴重的生物損傷。

輻射效應(yīng)

電離輻射對人體的影響取決于輻射類型、劑量和暴露時間。高劑量的

輻射會導致急性輻射病，其癥狀包括惡心、嘔吐、腹瀉、脫發(fā)和免疫

系統(tǒng)抑制。長期暴露于低劑量的輻射會導致癌癥、神經(jīng)系統(tǒng)損傷和

DNA損傷。

輻射屏蔽策略

為了保護宇航員免受宇宙輻射的危害，采用了多種輻射屏蔽策略，包

括：

*主動屏蔽：主動屏蔽涉及使用磁場或電場將電離輻射偏離宇航員。

磁場可以偏轉(zhuǎn)帶電粒子，而電場可以偏轉(zhuǎn)電子。

*被動屏蔽：被動屏蔽涉及使用材料吸收或散射電離輻射。常見的被

動屏蔽材料包括鋁、鉛、聚乙烯和水。選擇屏蔽材料時，必須考慮材

料的密度、厚度和對不同輻射類型的有效性。

*多層屏蔽：多層屏蔽涉及使用多種材料制成的屏蔽層。每層材料對

不同類型的輻射最有效，從而提供最佳的整體保護。

國際空間站上的輻射屏蔽

國際空間站(ISS)上使用的輻射屏蔽系統(tǒng)是多層被動的，由以下材

料組成：

*鋁：ISS的外殼由鋁制成，提供對太陽輻射和低能宇宙射線的保護。

*聚乙烯：ISS的內(nèi)部壁襯有聚乙烯，對高能宇宙射線提供額外的屏

蔽。

*水：ISS上的某些區(qū)域裝有水箱，提供對宇宙射線和中子輻射的附

加屏蔽。

未來任務(wù)的輻射屏蔽

隨著人類探索太空的范圍不斷擴大，需要開發(fā)更先進的輻射屏蔽技術(shù),

以保護宇航員在前往月球、火星和其他深空目的地的任務(wù)中免受電離

輻射的危害。這些技術(shù)可能包括：

*改進的多層屏蔽：研究新型材料和優(yōu)化多層屏蔽設(shè)計，以提高對各

種輻射類型的有效性。

*主動屏蔽:進一步開發(fā)和完善主動屏蔽技術(shù)，以提供額外的輻射保

護，特別是在太陽粒子事件期間。

*新型屏蔽材料：探索新型屏蔽材料，例如氫化硼、碳納米管和金屬

泡沫，這些材料可能提供更好的輻射吸收和散射能力。

結(jié)論

輻射屏蔽在空間探索中至關(guān)重要，可以保護宇航員免受宇宙輻射的有

害影響。通過持續(xù)的研究和創(chuàng)新，可以開發(fā)更有效的輻射屏蔽技術(shù)，

為人類的太空探索鋪平道路，并確保宇航員的安全和健康。

第四部分放射性探測：尋找外星生命和宜居環(huán)境

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

火星上的生命探測

1.分析巖石和土爆樣本中是否存在氨基酸、核酸等有機分

子，尋找遠古火星生命存在的證據(jù)。

2.探測火星大氣中的甲烷，甲烷的來源可能是微生物產(chǎn)生

的生物標志物，表明當前或過去火星生命的存在。

3.尋找?guī)в猩卣鞯乃牡刭|(zhì)環(huán)境，如溫泉、熱液噴口，

這些環(huán)境可能支持微生物或過去的生命形式。

系外行星宜居性評估

I.利用放射性同位素測定系外行星大氣成分，確定是否存

在適宜生命生存的水、二氧化碳和氧氣等氣體。

2.通過探測系外行星的表面溫度和大氣壓力，評估其表面

環(huán)境是否足以維持液態(tài)水的存在。

3.分析系外行星圍繞其恒星運行的軌道參數(shù)，確定其是否

處于宜居帶，接收適量的恒星輻射。

放射性探測：尋找外星生命和宜居環(huán)境

放射性核素在尋找外星生命和宜居環(huán)境方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。

放射性元素的衰變可為探測器提供能量來源，使其能夠在浩瀚的太空

環(huán)境中探測微弱的信號。

生命探測：放射性標記

放射性標記是一種強有力的技術(shù)，可用于檢測微生物的存在。標記物

可以是放射性同位素，當與目標分子（如DNA或蛋白質(zhì)）結(jié)合時，它

將釋放可檢測的輻射。通過測量放射性強度，科學家可以推斷出目標

分子的存在和豐度,這種技術(shù)已被用于探測火星和木衛(wèi)二等天體上的

生命跡象。

宜居性探測：放射性地質(zhì)學

放射性地質(zhì)學研究放射性元素在地質(zhì)過程中的作用。通過測量巖石中

放射性元素（如鈾、牡和鉀）的含量和同位素組成，科學家可以獲取

有關(guān)巖石年齡、成分和熱歷史的信息。這些數(shù)據(jù)對于尋找適合生命生

存的宜居環(huán)境至關(guān)重要。

例如，放射性鉀-40的衰變產(chǎn)生氨-40。氮-40是一種惰性氣體，會從

巖石中逸出，并在巖石孔隙中聚集。通過測量氫-40的豐度，科學家

可以確定巖石的年齡并推斷其熱演化歷史。如果巖石被加熱到一定程

度，氮-40將逃逸，導致年齡underestimatedo相反，如果巖石溫度

足夠低，氫-40將保留,導致年齡overestimated。

具體事例：火星探測

火星是尋找外星生命和宜居環(huán)境的首要目標之一。放射性探測在火星

探測中發(fā)揮了關(guān)鍵作用：

*好奇號漫游車：好奇號攜帶了兩臺放射性儀器：DAN（動態(tài)阿爾法-

中子儀）和APXS（阿爾法粒子X射線光譜儀）。DAN使用放射性中

子源激發(fā)火星土壤和巖石，測量釋放的伽馬射線以確定元素組成。

APXS使用放射性激發(fā)源激發(fā)巖石樣本，測量釋放的X射線以確定

礦物學組成。這些儀器已被用于探測火星上水合礦物和有機物的證據(jù)。

*毅力號漫游車：毅力號配備了一臺名為PIXL（行星儀器X射線光

譜儀）的X射線光譜儀。PIXL使用放射性激發(fā)源激發(fā)巖石樣本，測

量釋放的X射線以確定其礦物學和化學組成。PIXL旨在尋找過去

生命跡象的證據(jù)，例如有機物和生物特征結(jié)構(gòu)。

結(jié)語

放射性核素在空間探索中扮演著多方面的角色，特別是在尋找外星生

命和宜居環(huán)境方面c放射性探測技術(shù)提供了強大而敏感的手段，可用

于檢測微生物的存在和推斷巖石和行星的天體演化歷史。隨著空間探

索的不斷推進，放射性核素將繼續(xù)為我們提供寶貴的見解，幫助我們

進一步了解宇宙中的生命和宜居性。

第五部分藥物開發(fā)：利用放射性同位素標記開發(fā)治療手段

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

藥物開發(fā)：利用放射性同位

素標記開發(fā)治療手段1.放射性同位素標記藥物可用于靶向特定分子、細胞或組

織，實現(xiàn)對疾病的精準治療。

2.通過追蹤放射性同位素標記物的生物分布，可以評估候

選藥物的吸收、分布、代謝和排泄過程，優(yōu)化給藥方案。

3.放射性同位素標記藥物可用于治療難治性疾病，如癌癥、

心血管疾病和神經(jīng)退行性疾病。

藥物輸送系統(tǒng)

1.放射性同位素標記的納米顆粒可用于藥物靶向輸送，提

高藥物在靶部位的濃度，增強治療效果。

2.生物相容性放射性同，立素標記可用于監(jiān)測藥物輸送系統(tǒng)

的體內(nèi)分布和清除情況，為藥物遞送過程提供實時信息。

3.放射性同位素標記的微流體系統(tǒng)可用于控制藥物釋放速

率和靶向性，實現(xiàn)個性化給藥方案。

藥物開發(fā)：利用放射性同位素標記開發(fā)治療手段

放射性同位素標記為藥物開發(fā)領(lǐng)域帶來了革命性的變革，通過將放射

性同位素與藥物分子結(jié)合，研究人員能夠追蹤、量化和優(yōu)化治療手段。

追溯藥物代謝和分布

放射性同位素標記藥物允許研究人員跟蹤藥物在體內(nèi)的吸收、分布、

代謝和排泄(ADME)特性°通過使用不同的同位素(例如，笊、碳-

14、碘T25),可以同時追蹤多組藥物，并比較它們的生物分布。

定量藥物濃度

放射性同位素標記還可用于定量藥物在目標組織和器官中的濃度。通

過測量放射性，研究人員可以確定藥物在特定組織中的累積程度，從

而優(yōu)化給藥方案，最大化療效，同時最小化毒性。

表征藥物靶點結(jié)合

放射性同位素標記的藥物可以用于表征藥物與靶點的結(jié)合特性。通過

測量放射性，研究人員可以確定藥物與靶點的親和力、結(jié)合動力學和

特異性。

開發(fā)新型治療手段

放射性同位素標記藥物的獨特特性已被用于開發(fā)新型治療手段，包括:

*靶向藥物輸送：將放射性同位素附著到載體分子上，可以將藥物特

異性輸送到靶細胞。這提高了藥物的效力，同時減少了對健康組織的

毒性。

*放射藥物：放射性同位素本身可以作為治療劑。例如，碘-131用

于治療甲狀腺癌，憶-90用于治療肝癌。

*免疫治療：放射性同位素標記的抗體可用于靶向免疫細胞，增強免

疫反應(yīng)對癌細胞。

劑量優(yōu)化

放射性同位素標記有助于優(yōu)化藥物劑量，以實現(xiàn)最佳治療效果。通過

跟蹤藥物在體內(nèi)的分布，研究人員可以確定有效劑量范圍，從而最大

化療效，同時避免過度劑量和毒性。

臨床試驗

放射性同位素標記的藥物廣泛用于臨床試驗中，以評估它們的安全性、

有效性和療效。通過追蹤藥物的生物分布和藥代動力學，研究人員可

以優(yōu)化給藥方案，并識別潛在的副作用或相互作用。

監(jiān)管批準

放射性同位素標記的藥物必須通過嚴格的監(jiān)管程序，以確保其安全性、

質(zhì)量和有效性。監(jiān)管機構(gòu)(例如，美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA))

要求進行廣泛的臨床前和臨床研究，以證明藥物的益處大于其風險。

數(shù)據(jù)示例

*一項研究使用氤標記的藥物來研究其在小鼠體內(nèi)的吸收和分布。結(jié)

果表明，藥物在目標器官的濃度很高，且在24小時內(nèi)逐漸從體內(nèi)清

除。

*另一項研究使用碳-14標記的藥物來表征其與靶蛋白的結(jié)合特性。

結(jié)果表明，藥物與靶蛋白具有高親和力，結(jié)合特異性強。

*在一項臨床試驗中，放射性同位素標記的抗體用于治療乳腺癌患者。

結(jié)果顯示，抗體有效地靶向了癌細胞，增強了免疫反應(yīng)，從而改善了

患者的預后。

結(jié)論

放射性同位素標記在藥物開發(fā)領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。通過追蹤

藥物的代謝、分布和靶點結(jié)合，研究人員能夠開發(fā)更有效、更靶向且

更安全的治療手段。放射性同位素標記藥物在靶向藥物輸送、放射藥

物和免疫治療等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，為患者提供了改善治療方

案的新希望。

第六部分科學儀器校準：確保航天器儀器的準確性

科學儀器校準：確保航天器儀器的準嘀性

在空間探索中，獲取科學數(shù)據(jù)至關(guān)重要，而這些數(shù)據(jù)的可靠性對于科

學發(fā)現(xiàn)和技術(shù)進步至關(guān)重要。放射性核素在科學儀器校準中發(fā)揮著至

關(guān)重要的作用，確保這些儀器在惡劣的空間環(huán)境中提供準確可靠的數(shù)

據(jù)。

放射性核素校準方法

放射性核素校準通常涉及使用放射性同位素源來產(chǎn)生已知強度和能

量的光子或粒子。這些源被放置在儀器附近，并用于生成校準信號。

儀器通過分析這些信號并將其與已知的源特征進行比較來進行校準。

放射性核素校準的優(yōu)點

放射性核素校準提供以下優(yōu)勢：

*高準確度：放射性核素源提供具有極高精度的已知能量，從而實現(xiàn)

儀器校準的高準確度。

*穩(wěn)定性：放射性核素的半衰期很長，這意味著它們可以長時間保持

穩(wěn)定的強度和能量，從而確保儀器的長期校準準確性。

*便攜性：放射性核素源相對較小且重量輕，便于在航天器上集戌和

部署。

*可靠性：放射性核素源的衰減可預測且恒定，使其成為可靠的校準

工具。

在空間探索中的應(yīng)用

放射性核素校準已在各種空間探索任務(wù)中得到應(yīng)用，包括：

*伽馬射線光譜儀校準：放射性核素源用于校準伽馬射線光譜儀，使

其能夠測量天體中伽馬射線的能量和強度。例如，探測器陣列探測器

系統(tǒng)(D-ARRAYS)使用放射性核素源校準，該校準任務(wù)在國際空間站

(ISS)上執(zhí)行。

*中子探測器校準：放射性核素源用于校準中子探測器，使其能夠測

量中性子的能量和通量。例如，阿瑞西博天文臺的中子監(jiān)測裝置(AMON)

使用缽-214和缽-210源進行校準。

*粒子望遠鏡校準：放射性核素源用于校準粒子望遠鏡，使其能夠測

量帶電粒子的能量和通量。例如，反物質(zhì)祓譜儀(AMS-02)使用放射

性核素源進行校準，該校準任務(wù)也在ISS上執(zhí)行。

具體實例

*火星2020毅力號漫游車：毅力號漫游車攜帶放射性針-244源，用

于校準其舍爾洛克儀器，該儀器可分析巖石和土壤樣品以確定其戌分。

*木星冰衛(wèi)星探測器(JUICE)：JUICE探測器將攜帶放射性針-214和

鐘-210源，用于校準其JANUS儀器，該儀器將研究木星的衛(wèi)星加利

略衛(wèi)星。

*南極洲紅外望遠鏡(SPIRIT)：SPIRIT望遠鏡使用了放射性針-214

源來校準其探測器，使該望遠鏡能夠測量來自遙遠天體的紅外輻射。

結(jié)論

放射性核素在空間探索中用于科學儀器校準，確保了這些儀器在惡劣

的空間環(huán)境中獲得準確可靠的數(shù)據(jù)。放射性核素校準提供了高精度、

穩(wěn)定性、便攜性和可靠性，使其成為校準航天器儀器的寶貴工具。隨

著空間探索的持續(xù)進行，放射性核素校準將繼續(xù)在獲取科學知識和推

進對宇宙的理解方面發(fā)揮重要作用。

第七部分空間推進系統(tǒng)：提供推力輔助探索任務(wù)

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

空間推進系統(tǒng)：提供推力輔

助探索任務(wù)1.放射性核素熱推進(RNTP)系統(tǒng)利用放射性核素衰變產(chǎn)

生的熱量來產(chǎn)生推進劑，為航天器提供推力。這種推進系統(tǒng)

比傳統(tǒng)的化學推進系統(tǒng)具有更長的運行壽命和更高的比

沖，使其非常適合需要長時間、低推力的任務(wù)，例如行星際

探索。

2.放射性同位素電推進（RIP）系統(tǒng)將放射性核素衰變產(chǎn)生

的熱量轉(zhuǎn)化為電能，再利用電能驅(qū)動離子推進器產(chǎn)生推力。

該系統(tǒng)具有更低的比沖但更高的效率，非常適合需要精確

控制推力的任務(wù)，例如衛(wèi)星軌道保持。

3.推進劑加熱器：放射性核素可用于加熱推進劑，使其膨

脹并產(chǎn)生推力。這種系統(tǒng)簡單且可靠，適用于需要短時間、

高推力的任務(wù)，例如應(yīng)急機動或著陸。

空間推進系統(tǒng)：提供推力輔助探索任務(wù)

放射性核素在航天推進中的應(yīng)用主要集中于空間推進系統(tǒng)，該系統(tǒng)旨

在為航天器提供額外的推力以輔助探索任務(wù)。與傳統(tǒng)的化學推進劑不

同，放射性核素通過衰變釋放能量，產(chǎn)生推力。這種推進方式具有獨

特的優(yōu)勢，包括：

高比沖量：放射性核素推進系統(tǒng)通常具有比沖量比化學推進劑高的特

點。比沖量衡量推進劑產(chǎn)生推力的效率，越高表示推進劑的效率越高。

放射性核素的比沖量可達數(shù)百秒，而化學推進劑的比沖量通常為幾十

秒。

長時間運作：放射性核素衰變是持續(xù)不斷的過程，這意味著放射性核

素推進系統(tǒng)可以長E寸間運作而無需補充推進劑。這對于需要長時間推

進的深空任務(wù)尤為重要，例如前往外行星或進行行星際旅行。

低推進劑質(zhì)量：由于放射性核素的比沖量高，因此所需的推進劑質(zhì)量

較少。這意味著航天器可以攜帶更多有效載荷或執(zhí)行更具雄心的任務(wù)。

放射性核素推進系統(tǒng)最常見的類型是放射性同位素熱電發(fā)生器（RTG）,

該系統(tǒng)利用缽-238的衰變熱量產(chǎn)生電力，為離子推進器提供動力。離

子推進器產(chǎn)生高比沖量推力，但推力較小。

另一種放射性核素推進系統(tǒng)類型是核裂變推進，它通過受控的核裂變

反應(yīng)產(chǎn)生熱量，然后通過熱交換器轉(zhuǎn)化為推力。核裂變推進可以提供

更高的推力，但由于安全和環(huán)境方面的擔吮，其發(fā)展受到限制。

放射性核素推進系統(tǒng)已用于多種航天任務(wù)中，包括：

*卡西尼-惠更斯號探測器：該探測器于1997年發(fā)射，于2004年抵

達土星，并攜帶了三個RTG,為其離子推進器供電，使探測器能夠多

次飛越土星和其衛(wèi)星。

*新視野號探測器：該探測器于2006年發(fā)射，于2015年飛掠冥王星

和卡戎，并攜帶了一個RTG,為其離子推進器供電。

*毅力號火星車：該火星車于2020年發(fā)射，攜帶了多個RTG,為其

儀器和車輪系統(tǒng)供電。

放射性核素推進系統(tǒng)在空間探索中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，為深空任

務(wù)提供額外的推力和長時間運作能力。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，放射性

核素推進系統(tǒng)有望在未來更具雄心勃勃的太空探索任務(wù)中發(fā)揮越來

越重要的作用。

數(shù)據(jù)舉證：

*卡西尼-惠更斯號探測器的離子推進器使用三個RTG,總比沖量為

1300秒。

*新視野號探測器的離子推進器使用一個RTG,總比沖量為1700秒。

*毅力號火星車的RTG產(chǎn)生約110瓦電功率，為其儀器和車輪系統(tǒng)供

電。

第八部分太空核電池：為長期太空任務(wù)提供可靠能源

關(guān)鍵詞關(guān)鍵要點

太空核電池：長期太空任務(wù)

可靠能源1.太空核電池利用放射性核素的衰變能量，通過熱電轉(zhuǎn)換

或放射性光伏轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電能，為大空探測器和航天器提供

持續(xù)的電力供應(yīng)。

2.與太陽能電池相比，太空核電池具有功率密度高、使用

壽命長、不受太陽照射影響等優(yōu)勢，特別適用于遠距離太

空任務(wù)或極端環(huán)境中。

3.太空核電池采用高度可靠和安全的衰變源，減少了放射

污染的風險，并且經(jīng)過嚴格的測試和認證，以確保在太空

中的安全和可靠性。

放射性核素的類型

1.太空核電池中常用的放射性核素包括缽-238、褊-238和

耨-241,這些核素具有半衰期長、衰變能量高和易于制造的

特點。

2.缽-238是一種阿爾法粒子發(fā)射體，具有極高的能量密度，

是太空核電池中最常用的核素。

3.鎘-238和錮-241是貝塔粒子發(fā)射體，可以利用放射性光

伏轉(zhuǎn)換技術(shù)產(chǎn)生電能，具有更高的轉(zhuǎn)換效率和更低的成本。

太空核電池：為長期太空任務(wù)提供可靠能源

#簡介

太空核電池（RPU）是一種核能發(fā)電系統(tǒng)，專門設(shè)計用于為太空中的

長期任務(wù)提供可靠的電力。它們利用放射性同位素的衰變熱來產(chǎn)生電

能，無需陽光或化石燃料等外部能源。

#技術(shù)原理

太空核電池的基礎(chǔ)是一種稱為放射性同位素熱電偶（RTG）的裝置。

RTG由以下組件組成：

*放射性同位素：發(fā)射衰變熱量的高密度放射性物質(zhì)，例如缽-238或

鎘-244。

*熱電偶：將衰變熱轉(zhuǎn)換為電能的半導體元件。

放射性同位素產(chǎn)生熱量，該熱量流經(jīng)熱電偶，從而在熱電偶的兩端產(chǎn)

生電壓差。這種電壓差通過電纜收集并輸送到電力系統(tǒng)。

#優(yōu)點

太空核電池具有以下優(yōu)點：

*高功率密度：與太陽能電池板或燃料電池等其他太空電源相比，它

們具有極高的功率密度。

*長期壽命：太空核電池的壽命通常為10至20年，這使得它們非

常適合長期任務(wù)。

*不受外部能源限制：它們不需要陽光或燃料，因此可在陰影或遙遠

的太空區(qū)域中可靠