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马特达蒙吉米秀知乎 《火星救援》中马特达蒙把核电池放在身后取暖

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【写在前面】
在最近热映的技术流硬科幻《火星救援》中,各种黑科技让观众兴奋不已。
火星在黎明前,温度可低至零下八十度,为了不被冻死,马特达蒙机智地从沙尘中挖出了核电池取暖(也就是被他缠上一圈金属纸的玩意儿),边缠边说如果电池损坏那就“no human”了。
取出后,马特达蒙把核电池放在了他的座椅后,这着实让观众捏了一把汗。把放射性物质,放在离自己这么近的距离内,真的安全吗?影片里的核电池,究竟是什么鬼?
严格来说,核电池叫放射性同位素热电机((Radioisotope Thermoelectric Generator,缩写RTG),利用放射性衰变的热量进行温差发电,通常使用的同位素就是钚238。所以同位素的放射性真的不会对人类造成伤害吗?
由于火星表面昼夜温差极大、一般化学电池无法工作,太阳能电池又无法用于深空,放射性同位素热电机可谓是深空探测中理想的能源。使用钚238作为核电池发热材料的主要优势在于,处于铀系衰变系当中的钚238衰变产生的各种子体几乎没有伽玛射线,辐射防护非常简单和轻量化;半衰期也比较合适(88年)可以在相当长的时间提供稳定的功率,足以满足二十年甚至更久的深空任务。
在超过四十年的时间里,NASA已经安全的使用放射性热电发电机(RTG)为二十多个太空任务提供电力来源。
取暖是否可行?
首先说,用Pu取暖完全没有问题。影片中的装置叫做放射性同位素热电发生器(RTG),能够把Pu-238放射性衰变释放的热量转化成电力。在现实中,超过四十年的时间里,NASA已经安全的使用放射性热电发电机(RTG)为二十多个太空任务提供电力来源。其中包括阿波罗登月任务、好奇号火星车和未来2020火星任务的火星车中将使用下一代升级版的发电机。
RTGs是一种太空电池,它利用钚-238放射性衰变过程中释放的热量发电。好奇号上RTG产生大约110瓦甚至更少的的功率,差不多比灯泡的平均功率高一些。
RTG,放射性同位素热电机,利用放射性衰变热量进行温差发电
那么,热功率是否足够大呢?钚-238的半衰期仅为88年,这意味着它的放射性衰减之快可以让它非常炽热,能够使Pu-238烧的通红,如下图所示。好奇号的RTG大概产生2000瓦的热量,设计使用寿命为14年,取暖够用了吧。
是否会对人体产生危害?
Pu-238主要是阿尔法衰变,RTG主要是放出α射线,只能在空气中穿透几英尺,空气中移动几厘米就over了,基本是一张纸或者健康的皮肤就挡住了,这点放射性跟火星上的本底相比,微乎其微,我观察到他在同位素放射物质外缠了一圈金属纸,吸收掉了大部分α射线,更何况马特达蒙还穿着那么厚的宇航服。
放射性不用考虑了,另一方面,Pu是有剧毒的,只有当它非破碎成非常细小的粒子或蒸发,并被人体吸入或摄入的时候才可能对人体健康造成影响,这才是可怕的。
在《火星救援》中,乘组为了以防火星上升飞行器的钚基RTG电池泄露而将它掩埋在远离居住舱的地方)。就像电影中一样,为防止任何泄露事故,钚-238放置在多层先进的材料保护中,确保即时在严重的事故中也不会发生泄露。产生出的同位素是以陶瓷形式存在,且不溶于液体,所以不可能被误吸和误吞。
所以在火星上用Pu取暖很安全、很好用。
向雷德利·斯科特致敬