一种能持续供电432年的“终极核电池”燃料,正从无人问津的核废料中被提取出来,或将决定人类文明是否能够飞出太阳系!
根据Kaif Shaikh于2025年11月14日发表在《太空》(Space)媒体上的一篇深度报道,一场重塑深空探索的能源革命可能已悄然来临。这场革命的核心,是一种你可能只在烟雾报警器里见过的元素——镅 (Americium)
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它不仅关乎我们能否飞得更远、飞得更久,更关乎欧洲等航天大国能否打破美国在深空动力上的“能源垄断”。领衔这项研究的,正是欧洲航天局 (ESA) 和英国莱斯特大学等机构,他们正试图将这个“冷门”元素,变成人类飞向星辰大海的“耐力之心”。
为什么这场革命如此重要?因为宇宙,真的太黑,也太冷了。
在地球轨道,阳光普照,太阳能电池板是王者。但一旦越过火星,阳光就成了奢侈品。到了木星,阳光强度只有地球的1/25;到了冥王星,更是只有1/1000。
指望太阳能?如果“旅行者”号(Voyager)靠太阳能,它的电池板得有足球场那么大。
所以,近半个世纪以来,所有飞向深空的探测器——旅行者号、卡西尼号、新视野号——它们的心脏,都不是太阳能,而是一种叫“放射性同位素热电发生器” (RTG) 的核电池。
它的燃料,就是大名鼎鼎的钚-238 (Plutonium-238)
它半衰期长达88年,每克能释放0.5瓦的热功率,稳定、高效、持久。它是过去50年当之无愧的“深空之王”。
然而,王座之下,危机四伏。
一个残酷的现实是:钚-238在自然界中根本不存在。它不是挖矿挖出来的,而是要在核反应堆里,用极其复杂昂贵的工艺,一点点“制造”出来。
冷战期间,美苏都生产了大量钚-238。但冷战一结束,生产线就关了。
等到NASA在21世纪初雄心勃勃准备重返深空时,突然发现——燃料没了!
地主家也没余粮了。
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尽管美国在2015年重启了生产线,但每年的产量仅有几百克。而一次大型火星车任务,就需要几公斤
算盘一打,NASA都快哭了。没有这颗“心脏”,什么木卫二、什么土卫六、什么星际穿越,统统免谈。
人类的深空探索,正面临“断电”危机。
就在这时,一个“肥猪流”选手登上了历史舞台。
它就是镅-241 (Americium-241)
它在哪?答案你绝对想不到——在核废料里
当核反应堆使用过后,会产生大量高放射性废料。而镅-241,就是这些废料中另一种元素(钚-241)缓慢衰变后的“副产品”。
别人避之不及的“核垃圾”,在英国等欧洲科学家眼里,突然变成了金矿。英国拥有大量民用核废料库存,里面全是“宝藏”。
欧洲航天局 (ESA) 笑了:美国的钚-238不卖给我?没关系,我们自己去“垃圾堆”里淘宝。
难道,镅-241比钚-238还牛?
恰恰相反。如果只看数据,镅-241是个不折不扣的“弱鸡”。
它的半衰期,确实是惊人的432年,是钚-238的近5倍!
但它的功率密度,只有可怜的0.1瓦/克,是钚-238的五分之一!
这是什么概念?
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钚-238是“短跑冠军”:动力强劲,适合火星车这种需要到处跑、打激光、钻孔的“耗电大户”。
镅-241是“马拉松选手”:动力很弱,但耐力超强,适合那些需要飞几百年、穿越星际的“漂流任务”。
问题来了:如果你想让镅-241提供和钚-238一样的功率,你就需要5倍的燃料。在航天领域,“质量”就是生命,多一克都是原罪。
难道,镅-241注定只是个“备胎”?
欧洲的科学家们当然不傻。他们搬出了一个“古董”技术,来解决这个“五分之一”的难题。
这个技术,叫斯特林发动机 (Stirling engine)
你不需要懂它复杂的原理,你只需要知道一件事:
- 传统的RTG(用“热电偶”),把热量转为电能的效率低到感人,只有5%
- 而斯特林发动机(一种热机),能把效率轻松干到25%以上!
5% 对 25%!
这就像你开同一辆车,用了同样多的油,斯特林发动机能让你跑出5倍的里程!
奇迹发生了:镅-241“五分之一功率”的短板,被斯特林发动机“5倍效率”的优势,完美地抵消了!
虽然斯特林发动机有“活动部件”,可靠性不如传统RTG,但科学家们正在解决这个问题。
于是,深空探索的版图,被彻底改写了。
钚-238不再是唯一的神。
- 美国手握“高性能”的钚-238,继续负责需要大功率的“旗舰冲刺”任务。
- 欧洲手握“超长待机”的镅-241,开辟了低功耗的“百年漂流”新赛道。
未来,当NASA的“星际探测器” (Interstellar Probe) 启程,它需要飞越1500亿公里,飞行上百年。到那时,钚-238的电量早已耗尽,而镅-241,才刚刚“热身”。
人类文明终于有了一种“火种”,它能飞越几代人的时间,带着我们的信息,抵达真正的星际空间。
而这个火种,竟来自我们曾经最头疼的核废料。
参考文献:
- Shaikh, K. (2025, Nov 14). Americium: How a small element could power the next century of space exploration. Space.
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