太空核反应堆所用的核燃料是纯铀235。反应堆在运行中所产生的热能，通常是通过以下几种方式转换成电能
一、将装有液态金属（如水银或钾钠合金）的管子从反应堆中通过，液态金属吸收热量后变成蒸气，以蒸气推动气轮发电机组进行发电。这种方式的优点是能量转换率高，可达30%；缺点是气轮发电机的转速很高，这在太空中无人维修的情况下，很难做到长期安全运行。因此这种办法目前还不能投入实际使用。
二、以热电偶的方式进行发电。由于不需要气轮机，所以结构简单，便于使用，可以长期稳定地进行发电。但热电偶的能量转换效率低，只有2%，绝大部分热量都浪费掉了。
三、以热离子换能法来进行能量转换，也就是利用热离子二极管来将热能转换成电能。先将热离子二极管的发射极（阴极）紧靠着核反应堆中的燃料元件。当核裂变反应产生的热量将发射极加热到1500～2000℃的高温时，发射极上的自由离子就具有足够的能量而飞出。这时二极管的集电极（阳极）便将离子收集起来。这样一来就在二极管的阳极和阴极之间形成了通路（电路）。
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