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在上世纪50年代初，如何快速投放原子弹还是个大问题。

当时，洲际导弹还处于起步阶段，轰炸机无法在短时间内到达敌国领土。唯一的选择是进行空中不间断的飞行。沿着边境的空中，连续几天甚至几周不加油飞行。

1946年，美国开始在飞机上安装核反应堆的计划NEPA。通用电气和普惠公司是美国当时最大的两个飞机发动机开发商，在1951年分别研发出了两种冲压喷气式核发动机。

其中，直接空气循环方案的核发动机的工作原理很简单：取消飞机燃油，核反应堆放在发动机进气口，核反应直接将空气加热到1000摄氏度，热空气排出产生喷射推力，同时排出的还有放射性污染。

↓ 通用电气HTRE-3冲压喷气核发动机，每组2台。

一个重16吨的1兆瓦水冷反应堆（液态钠）安装到B-36的后部炸弹舱中，起飞时，4台核动力活塞发动机（红色）和另外4台燃油涡轮发动机一起运行，在着陆前关闭4台核发动机。

↓ 炸弹舱中的核反应堆。

11吨重的铅和橡胶衬里结构取代了原先的机舱，但这样仍旧不能完全屏蔽辐射，使机组人员暴露在辐射中。

↓ 由B-36改装的实验机，NB-36H的特殊的屏蔽驾驶舱。

↓ 实验核动力飞机能够连续飞行8天23个小时。

在德克萨斯州和新墨西哥州的沙漠地区进行测试

与美国人不同的是，苏联工程师用聚乙烯和可塑硼硅酸盐隔板用碳化硼添加剂来保护船员，碳化硼添加剂比用铅的橡胶更有效并且更轻。1961年夏天，苏联将核反应堆装在一架涡轮螺旋桨发动机的图-95的货仓里，改名图-119，距离量产仅一步之遥，成熟洲际导弹的出现和10亿卢布资金的缺口，使项目终止，下一代图-120超音速核动力轰炸机永远停留在图纸上。

↓ 图-119解密图纸显示了反应堆的位置。

随后，美苏两国的核动力巡航导弹发动机，或核动力火箭发动机也相继研发成功。

1960年代，美国制造了20台内尔瓦（Nerva）火箭核发动机，可以运转2小时，用于NASA的土星SN火箭，项目因阿波罗17号之后结束登陆异星的计划，而在1972年底取消。

↓ 1972年，苏联的高3.5米的RD-0410火箭核发动机点火试验。

1950年代，各国开发了从数十瓦和数百瓦的核电池（放射性同位素热电发生器），通过放射性同位素衰变加热，再通过热电转换器（托马斯·塞贝克效应运行的热电偶），或是珀耳帖元件生成电流。

月球上有8个扇面的圆柱形物体，是阿波罗14号登月任务中使用的核电池——直流30伏，75瓦。

↓ 火星探测器“好奇号”的同位素核电池。

同位素核电池主要用于航天器和卫星。放射性同位素主要是锶-90，和功率更大的钚-238 ，卫星上的 放射性同位素热电发生器功率从100瓦到300瓦不等。比装在卫星上的核发动机体积小，而且钚-238的β和γ辐射量几乎是安全的。

↓ 1965年，美国安装在卫星上的SNAP-10A核发动机，产生500瓦的电力。

每克钚-238可以发出0.54 W的热量，目前的热电转换器的热转换效率只有6-10％，如果要得到几百瓦的电力，就需要有几千克的钚-238。

2006年向冥王星发射的，“新视野”号航天器的钚-238核电池，包含11公斤二氧化钚-238，产生240到220瓦的电力。

纯度为99.9％的武器级钚环，直径11厘米，相当于一只小碗的碗口，重量达5.3公斤，只有这种形状才不会产生临界质量，而发生核爆炸。

“临界质量”延伸阅读：计划轰炸日本的第3颗原子弹：2名专家操作失误，用生命阻止核爆

钋-210核电池：钋-210每克发出惊人的140W的热量，超过钚-238的200倍。但钋-210的半衰期是138天，是一种高能量短寿命的电池。

美国开发的为星际飞船，月球基地和火星基地供电的核电池，重300公斤高1米的KiloPower（千瓦）。

↓ 像纸巾卷大小的反应堆堆芯，是由钼铀合金制成的圆柱体，8％是钼，其余92%是铀235。中间有一个带有碳化硼棒的孔道的作为原子核链式反应的中子吸收器。碳化硼棒退出孔道，反应堆就开始升温，插入孔道即关闭核反应。

核电池中铀的浓度很低，没有临界温度，因此不会发生类似切尔诺贝利电厂的事故。

KiloPower（千瓦）核电池中，用斯特林发动机代替了同位素核电池中的热电转换器。

↓ 斯特林发动机的两个不同温差的气缸组成，含钠液的热缸和有冷却剂的冷缸，带动1个活塞做功。共有8个活塞，发电机线圈围绕在活塞周围，活塞内部有一块磁铁，磁铁运动时，每个活塞将产生125瓦的电力，总共产生1000瓦电力，也是其名称的由来。

核反应堆产生的热量通过含钠液的热管传递，加热KiloPower上的8个斯特林发动机的气缸热区。450克铀产生的热量，相当于燃烧1360吨的煤。

↓ 钠热管中的工作流体——钠。

↓ 斯特林发动机的热管和冷凝器。

斯特林发动机的热能转化效率远远超过热电偶，将效率提高到25-30％，如果在散热器外加装珀耳帖元件，热效率还可以进一步提高。同时KiloPower核电池还可以直接输出热量。

↓ 工作在火星或月球基地上的KiloPower，外观加装直径4米的伞形散热器，为斯特林发动机气缸上的冷区降温。

↓ 4个不依靠太阳能的Kilopower，为“月球前哨战”提供足够的电力。

核电池已经不限于在太空中使用。

70年前，苏联将同位素核电池用于北极海岸的导航信标，灯塔和自动气象站的供电。

苏联一共生产了约1000个同位素核电池，寿命为30年。即使寿命结束，金属外壳被破坏，也会受到致命的辐射，不幸的是，现在不仅有遗失，而且有裸露核心的同位素核电池。

2017年，俄罗斯联邦原子能机构展示了一个镍-63的核电池。↓

工作电压2伏，每克同位素释放出1650毫安时的电量，可以使用超过50年（半衰期100年，功率随时间不断递减）。它是安全的β衰变，一张纸就能挡住它的辐射。

↓ 俄罗斯联邦原子能机构的氚基核能电池（氚是氢的同位素）。氚也有β辐射。 但半衰期只有12.5年。 因此，氚核电池只能持续10-12年， 然后功率就会大幅下降。氚是国际原子能机构最有可能允许民用开发的，仅具有β衰变放射性低功率同位素电源。

2018年，美国的芯片封装形式的核能电池，由纳米氚制造，电压:0.75V.功率:75纳瓦（十亿分之一瓦），当前成本是$1200。

这种封装电池的应用范围很广：微电子植入物，传感器等。比如可以替代钚-238核电池为动力的心脏起搏器电池，其中含义0.2克钚-238。

心脏起搏器，是人们最熟悉的核电池。

↓ 打开心脏起搏器电池，内部已移除钚-238。

核电池民用化的主要障碍，依然是对放射性材料的限制。

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