美国橡树岭国家实验室推进放射性同位素核电池研发

2026年8月17日，美国能源部橡树岭国家实验室表示，其核电池计划正在推进放射性同位素电源系统研发，以满足深空探测、偏远地区长期供能以及国家安全相关场景对稳定、长寿命电源的需求。

美国宇航局的“毅力号”火星探测车与它在杰泽罗陨石坑内一个名为“三岔口”的区域内建立的样本库中放置的10个样本管中的几个合影留念。探测车的放射性同位素热电发电机由核电池供电。图片来源：NASA/JPL-Caltech/MSSS

核电池利用放射性同位素衰变释放的能量发电，适用于海底、偏远沙漠、外星表面等难以维护、需要多年甚至数十年连续供电的环境。橡树岭国家实验室核电池

计划负责人布拉德·约翰逊表示，核电池的优势在于能够提供持久电力，这是一项成熟且安全的技术，当前研发重点是进一步提升其性能和安全性。

在放射性同位素选择方面，研究团队认为，理想核电池燃料通常应具有10年至100年的半衰期。如果半衰期过短，同位素可能在使用前大量衰变;如果半衰期过长，则需要更多燃料才能产生足够能量。较适合的候选同位素还应主要释放α粒子或β粒子，因为这类粒子的射程较短，更便于将衰变能量转化为可用电能。

钚-238是当前典型应用之一。橡树岭国家实验室根据与美国国家航空航天局的相关安排，为美国能源部生产钚-238。NASA将其用于多任务放射性同位素热电发电机，为深空探测器提供长期动力。火星探测车“毅力号”的放射性同位素热电发电机使用约10.6磅钚-238，通过将其自然衰变产生的热量转化为电能，为探测车主电池充电，并帮助设备保持适宜工作温度。该系统预期寿命为14年，可支撑探测任务长期运行。

资料显示，未来任务对核电池提出了新的要求。例如，在月球长期驻留任务中，长达约两周的月夜会限制太阳能使用，设备保温和持续供能成为关键问题。橡树岭国家实验室认为，其在核材料、同位素生产、热电转换和先进制造等方面的综合能力，可为相关问题提供技术支撑。

该实验室的核电池研究可追溯至20世纪60年代。近年来，研究人员还通过分析退役放射性同位素热电发电机，了解其长期服役后的性能变化和材料退化情况，为新一代系统设计积累数据。

约翰逊介绍，团队正在评估可用于放射性同位素系统的候选同位素，并研究相关生产方法，其中包括基于聚变产生中子的路径。目前，研究人员已确定九种候选同位素，并根据性质和规模化生产可行性筛选出三种重点方案。

围绕新型核电池开发，团队认为仍需解决四项主要挑战：其一，放射性同位素燃料必须能够以较高效率、较大规模生产;其二，需要提升能量转换效率，目前热电技术效率约为5%至8%，若提高到10%至15%，燃料成本有望明显下降;其三，应通过隔热和系统设计改进加强热管理，减少能量损失;其四，还需优化电源控制和管理系统。

研究人员表示，3D打印、球形粉末制备、先进热电材料、改进型放射性同位素热源与容器、工程安全系统以及新的建模方法，有望推动核电池技术从研究走向可部署应用。橡树岭国家实验室称，其目标是建立一项长期核电池计划，以持续满足相关领域对可靠放射性同位素电源的需求。