Konec nedostatku plutonia v NASA může být na dohled. V pondělí 18. březnatis, Vedoucí divize planetární vědy NASA Jim Green oznámil, že výroba Plutonium-238 (Pu-238) Ministerstvem energetiky USA (DOE) je v současné době ve zkušebních fázích, které vedou k opětovnému zahájení výroby v plném rozsahu.
"Do konce kalendářního roku budeme mít od ministerstva energetiky kompletní plán, jak budou schopni splnit náš požadavek 1,5 až 2 kilogramy ročně." Green řekl na 44tis Lunární a planetární vědecká konference se konala minulý pondělí v Woodlands v Texasu.
Tato zpráva nepřichází příliš brzy. Již jsme psali o blížícím se nedostatku plutonia a jeho důsledcích pro budoucí hluboký průzkum vesmíru. Sluneční energie je ve většině případů dostatečná, když prozkoumáváte vnitřní sluneční soustavu, ale když se pustíte za pás asteroidů, potřebujete k tomu jadernou energii.
Výroba izotopu Pu-238 byla šťastným důsledkem studené války. Nejprve produkoval Glen Seaborg v 1940, zbraně třídy izotop plutonia (-239) je produkován bombardováním neptunium (který sám je rozpad produkt uranu-238) s neutrony. Použijte stejný cílový izotop Neptunia-237 v rychlém reaktoru a výsledkem je Pu-238. Pu-238 produkuje 280xkrát vyšší teplotu úpadku při 560 wattech na kilogram proti Pu-239 se zbraněmi a je ideální jako kompaktní zdroj energie pro průzkum vesmíru.
Od roku 1961 bylo zahájeno více než 26 kosmických lodí v USA, které nesou termoelektrické generátory Multi-Mission Radioisotope (MMRTG, nebo dříve jednoduše RTG) jako zdroje energie a prozkoumaly každou planetu kromě Merkuru. RTG byly použity vědeckými datovými balíčky Apollo Lunar Surface Experimental Package (ALSEP), které zůstaly astronauty na Měsíci, a Cassini, Mars Curiosity a New Horizons enroute, aby prozkoumaly Pluto v červenci 2015, jsou všechny jaderné.
Plutonium poháněné RTG jsou pouze technologie, kterou v současné době používáme a která může provádět hluboký průzkum vesmíru. Kosmická loď Juno od NASA bude první, která dosáhla Jupiteru v roce 2016 bez použití RTG s jaderným pohonem, ale bude k tomu zapotřebí 3 enormních 2,7 x 8,9 metrů solárních panelů.
Problém je v tom, že výroba plutonia v USA přestala v roce 1988 koncem studené války. Kolik zásob NASA Plutonium-238 a DOE je klasifikováno, ale spekulovalo se, že má nanejvýš dost pro jednu velkou misi třídy Flag Ship a možná malou misi třídy Scout. Navíc, jakmile je vyrobeno plutonium-239 se zbraněmi, není žádným přepracováním požadovaný izotop Pu-238. Plutonium, které v současnosti pohání zvědavost na povrchu Marsu, bylo zakoupeno od Rusů a tento zdroj skončil v roce 2010. New Horizons je vybaven náhradním MMRTG, který byl postaven pro Cassini a který byl zahájen v roce 1999.
Jako bonus navíc mise plutonia často překračují očekávání. Například kosmická loď Voyager 1 a 2 měla původní trvání mise pět let a nyní se očekává, že bude pokračovat i do své páté dekády provozu. Zvědavost na Marsu netrpí problémy „zaprášených solárních panelů“, které trápily ducha a příležitost a mohou fungovat po dlouhé marťanské zimě. Mimochodem, zatímco vozítka Spirit a Opportunity nebyla poháněna jadernou energií, oni dělal používají malé pelety oxidu plutonia ve svých kloubech, aby zůstaly v teple, a radioaktivní kurium, aby poskytovaly zdroje neutronů v jejich spektrometrech. Je dokonce možné, že jakákoli mimozemská inteligence narazí na pět kosmických lodí unikajících naší sluneční soustavě (Pioneer 10 a 11, Voyagers 1 a 2 a New Horizons), které by mohly představit datum jejich odletu ze Země změřením úbytku jejich plutoniového zdroje energie. (Pu-238 má poločas 87,7 roku a nakonec se rozpadne po přechodu dlouhou sérií dceřiných izotopů na olovo-206).
Aktuální výrobní cyklus Pu-238 bude proveden v Oak Ridge National Laboratory (ORNL) s použitím reaktoru s vysokým tokem izotopů (HFIR). „Old“ Pu-238 lze také oživit přidáním nově vyráběného Pu-238.
"Za každý 1 kilogram opravdu oživíme dva kilogramy staršího plutonia smícháním ... je to důležitá součást našeho procesu, abychom mohli využít naše stávající zásoby při hustotě energie, kterou chceme," řekl Green pro nedávné plánování průzkumu na Marsu. výbor.
Přesto může být úplná cílová produkce 1,5 kilogramu ročně volna. Pro účely kontextu zvědavost Mars rover využívá 4,8 kilogramu Pu-238 a New Horizons obsahuje 11 kilogramů. Od zahájení kuriozity v listopadu 2011 neopustily Zemi žádné mise na vnější planety a další misí, která pravděpodobně vyprovokuje RTG, je navrhovaný rover Mars 2020. Myšlenky na rýsovacím prkně, jako je Titan Lake Lander a Jupiter Icy Moons, by byly poháněny jadernou energií.
Spolu s novou produkcí plutonia plánuje NASA do roku 2016 mít k dispozici dva nové RTG dabované Advanced Stirling Radioisotope Generators (ASRG). I když efektivnější, ASRG nemusí vždy být zařízením volby. Například kuriozita využívá své odpadní teplo MMRTG, aby udržovala nástroje teplé prostřednictvím cirkulace Freonem. Zvědavost také musela odvádět odpadní teplo produkované 110 wattovým generátorem, zatímco spolupracovala ve své vzdušné skořápce na Mars.
A samozřejmě, existují další opatření, která přicházejí s vypuštěním jaderného užitečného zatížení. Prezident Spojených států se musel při zahájení zvědavosti na Floridském vesmírném pobřeží odhlásit. Vypuštění Cassiniho, New Horizontu a Zvědavosti vyvolalo rozptýlení demonstrantů, stejně jako cokoli jaderného. Nevadí, že elektrárny spalující uhlí produkují radioaktivní polonium, radon a thium jako nežádoucí vedlejší produkt denně.
Uvedená uvedení na trh nejsou bez nebezpečí, i když s riziky, která lze zmírnit a řídit. Jedna z nejznámějších jaderných havárií souvisejících s vesmírem se objevila brzy v americkém vesmírném programu se ztrátou satelitu Transit-5BN-3 vybaveného RTG u pobřeží Madagaskaru krátce po vypuštění v roce 1964. A když Apollo 13 musel zrušit a návrat na Zemi, astronauti byli nasměrováni k příkopu Vodnář Přistávací modul a jeho jaderné vědecké experimenty znamenaly povrch Měsíce v Tichém oceánu poblíž ostrova Fidži. (Neřeknou vám to že ve filmu) Člověk si klade otázku, jestli by bylo nákladově efektivní „vzkřísit“ tento RTG z mořského dna pro budoucí vesmírnou misi. Na předchozích jaderných výpravách, jako je New Horizons, NASA umístila šanci na „havárii při startu, která by mohla uvolnit plutonium“, na 350: 1 proti. Přesto je stíněné RTG „přepracováno“, aby přežilo explozi a dopad s vodou.
Rizika však stojí za to, pokud jde o objevy nové sluneční soustavy. V odvážné nové budoucnosti výzkumu vesmíru nám restartování výroby plutonia pro mírové účely dává naději. Abychom parafrázovali Carla Sagana, vesmírné cestování je jedním z nejlepších způsobů využití jaderného štěpení, na které si můžeme vzpomenout!
