宇宙原子核和电子体积

1978年1月24日凌晨4点55分，在加拿大的某个镇，人们都还在熟睡之中，突然，一名正在守夜的工作人员惊愕起来，他抬头一望，只见天空里突然出现了一团耀眼的火球，后面还跟着许多小星星，它们从辽阔的天际划空而下，随即，迅速坠入冰封雪冻的大地……

这壮观的一幕，使得他惊奇不已：这神秘的坠星，既不像一般的彗星，也不像常见的流星，更不像飞机失事，这究竟是个什么大怪物从天而降呢？后来才知道，原来是一颗带有原子能电站的苏联人造卫星，在轨道上出了毛病，坠毁在加拿大境内了！

也许人们会感到惊奇，原子能电站是一个庞然大物，它在地面上重量上万吨，体积上亿立方米，怎么能装到一颗小小的卫星上去呢？

要把一座庞大的原子能电站，缩小到能装进一颗小小的卫星里，这需要在技术上进行重大突破。现在，就让我们看看卫星上的原子能电站究竟是怎样减轻重量和缩小体积的。

一般卫星上采用的太阳能电池是利用“光电元件”。在小小的卫星上要安装原子能电站首先在发电方式上要进行根本性的突破，即采用“热能—电能”的直接发电方式。这种发电方式其他的结构和太阳能电池基本相同，所不同的是它利用的是“热电元件”。这种元件体积小，重量轻，不需要再通过其他设备就能将原子核反应堆释放出的巨能直接转换成电能。这样一来，地面上那种原子能电站非用不可的笨重设备和庞大用水，就统统免掉了！光是这一项重大突破，卫星原子能电站的设备重量，就从成百上千吨猛然降到几十千克。

接下来，卫星上的原子核反应堆也进行了重大改革。地面上的原子核反应堆，为了防止射线对人体的伤害，采用了重混凝土、铁块、钢板等制成防护外壳，既庞大又笨重，所占的体积和重量，往往是原子核反应堆关键部位的体积和重量的几十倍，甚至上百倍！在不载人的宇宙卫星上，射线对人体伤害的事儿已不存在，所以不需要这层笨重的防护外壳。但是，宇宙卫星运行一段时间后仍会掉到地球上，带有放射性的卫星碎片还会污染大气，这又怎么办呢？为了解决这个问题，卫星被制成了两个部分，装有原子核反应堆的那一部分，另外配备一套火箭发动机。当卫星完成了预定的任务后，地面上发出“命令”，载有原子核反应堆的那一部分立刻脱离开来。火箭把它推进到1 000千米以上的高轨道上去，在那里，反应堆可以绕地球运转6 000多年！这么漫长的岁月，反应堆的裂变产物早就衰变光了。所以，再掉到地球上来时也就“太平无事”了。

宇宙原子能电站还有一项措施，是采用了高浓缩铀，这使卫星携带的核燃料大大减轻了。铀的提炼是一件相当复杂的过程，代价又十分昂贵，所以地面上的原子能电站使用的铀浓度是受一定限制的。铀要搬到卫星上去，重量和体积成了主要矛盾，所以代价再高，提炼再困难，也要尽力提纯它。掉下来的那颗原子能卫星，携带的高浓缩铀只有45千克重，整个反应堆的体积只有两张课桌大小，重量约400多千克（只占卫星总重的1/6）。还有些同类型的原子能卫星，反应堆的堆芯小到可以装进学生背的书包里去！

既然太阳能电池在宇宙卫星上的使用效果也比较理想，那为什么现在忽然加紧了对宇宙原子能电站的研究呢？

在围绕地球运转的卫星中，有一些是通信、气象等高轨道同步卫星。这种卫星体积小、重量轻，便于发射。但是它们所装载的太阳能电池，在限制体积和重量的条件下所提供的功率相当有限。如果要提高功率，就必须大大地增加太阳能电池的体积或面积。例如，设想中的500万千瓦空间太阳能电站，它所需要的面积竟然要达100平方千米！原子能则刚好相反，它能在相同体积和重量的情况下，提供出比太阳能电池大得多的功率。在不久的将来，人类将使用一种大规模的直播电视广播卫星，世界上无论哪个角落的电视机，都能从它那里收到图像清晰的节目。它所需要的强有力的电源，就要靠宇宙原子能电站来供应。

人类未来的星际航行，更是少不了宇宙原子能电站。因为在远离太阳系的广漠空间，宇宙飞行器接收到的太阳能将等于零，根本不能利用。即使在太阳系以内，也会因为距离越来越远而失去利用的价值。1977年，美国发射的“旅行者”宇宙探测器，它“访问”了太阳系里的木星、土星、天王星和海王星，可是这四颗行星绕太阳运转的半径，分别是地球绕太阳运转半径的5倍、10倍、20倍及30倍，因此，接收到的太阳能分别只有地球上的1/25、1/100、1/400和1/900！这哪里还有利用的价值呢？所以，“旅行者”宇宙探测器携带的就是一座功率巨大的原子能电站。