能利用核废料的电源系统一旦研制成功，可以在任何无法使用太阳能的任务中发挥作用。比如，在月球上持续14个地球日的夜晚开展探索任务等。

欧洲科学家正在为太空任务开发一种由核废料驱动的电池品种。欧洲航天局（ESA）希望，到本世纪末，这项技术将使其能够操作不依赖太阳能电池板的航天器，并能够在不依赖国际合作伙伴的设备的情况下探索月球和遥远的太阳系。

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Jason Hatton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。”

01

变废为宝

《自然》在报道中指出，欧洲科学家正在开发一种以核废料镅-241为动力的电池，ESA希望，到本世纪末，这些装置能为航天器长效供电而不依赖太阳能电池板，以助力该机构探索月球及太阳系的遥远区域。

ESA拟向ENDURE项目提供3000万美元资助。该项目联合负责人、欧洲空间研究与技术中心的贾森·哈顿表示：“欧洲空间局未来有多项雄心勃勃的太空探索任务，如果我们想在探索中拥有自主权，就需要拥有由自己研发的长效电源。”

目前，对于无法由太阳能完成的任务，ESA都依赖美国或俄罗斯合作伙伴研制的钚-238电池为相关任务提供动力。但在过去10年中，钚-238一直供不应求，生产成本高昂。

长期以来，缺乏电源限制了欧洲科学家单独提出的太空任务的开展。例如，2014年，ESA的“菲莱”彗星着陆器降落于彗星上太阳光照射不到的地方，其上的太阳能电池板变得毫无用处，导致“菲莱”只运行了不到3天就进入深度休眠状态。

支持这项新计划的ESA咨询委员会主席、法国梅东巴黎天文台的天体物理学家阿西娜·库斯坦尼斯说：“多年来，欧洲科学家一直在说，如果你想去很远的地方，或者去黑暗寒冷的地方，没有其他办法。”

02

最具有放射性的金属——镅

镅（americium）是一种人工获得的放射性元素，具强放射性，化学性质活泼，是同位素测厚仪和同位素X荧光仪等的放射源，元素符号为Am；是第95号元素，也就是第三个超铀元素，原子量243。

镅是在1944年底被美国加州大学伯克利分校核物理学 、化学家西博格和他的同事们━━詹姆斯、摩根和吉奥索等人首先合成的 。他们用美洲一词（America）命名这一新元素为americium。

镅241应用于烟雾CBE探测器。镅-铍中子源，也用于薄板测厚仪、温度计、火灾自动报警仪及医学上。是同 位素测厚仪和同位素X荧光仪的常用放射源；还用作制备96Cm的反应堆靶子。95Am是制造其他超铀元素的靶材料。镅与铍的化合物用作中子源可代替常用的镭 -铍中子源。

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Athena Coustenis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Markus Landgraf说。

在接下来的3年里，ENDURE团队将开发可在探月等任务类似条件下进行测试的模型。在与英国国家核实验室的合作中，英国莱斯特大学的一个团队开发出了两种设备：一种放射性同位素加热装置，它利用镅衰变过程中产生的热量加热仪器;另一种放射性同位素热电发电机，它利用在金属板之间产生温差来发电。

领导上述项目的莱斯特大学物理学家及空间动力系统专家理查德·安布罗西说，这两种装置表明，镅在给定输出功率下电池体积更大、温度也比钚更低。研究团队希望未来能解决这两大问题。

安布罗西表示，由于使用放射性材料，电池的安全也至关重要。他们的研究团队计划，接下来侧重安全测试，以便镅装置能够获得安全认证。测试将包括监测部件在高温和冲击下的行为，例如在发射台爆 炸时，可以确保放射性材料不会泄漏。他说：“我们必须确保这些设备能够在一系列非常极端的情况下生存下来。”

03

助力探月

费莱·卡弗鲁瓦表示，这些电源系统一旦研制成功，可以在任何无法使用太阳能的任务中发挥作用。比如，在月球上持续14个地球日的夜晚开展探索任务，以及应用于木星以外的太阳系探险任务中。

ESA登月任务协调人兰格拉夫表示，ESA计划首先在其Argonaut月球着陆器上使用镅-241电池，该着陆器计划于2030年代初发射，将在月球表面开展长期研究。到本世纪40年代，镅-241电池将能为前往天王星和海王星的任务提供电力。

兰格拉夫说，镅很容易获得，而生产钚-238则面临不少挑战，美国国家航空航天局(NASA)或许也想使用镅-241电池，该机构正在评估为未来任务生产足够放射性同位素热电发电机的能力，用于在月球上建立长期根据地的阿尔忒弥斯计划。

安布罗西指出，经过十多年研究，镅技术才发展到可用于实际任务的阶段，“对此，我们非常兴奋”。

文章来源： 科技日报，碳汇环境科技TH，太空与网络