Радиоизотопные термоэлектрические генераторы для космических аппаратов

Радиоизотопные термоэлектрические генераторы для космических аппаратов

Для космических аппаратов нужно топливо. В качестве топлива для радиоизотопных термоэлектрических генераторов космических аппаратов применяется, в основном,  Плутоний 238.

Есть альтернатива плутонию?

Европейское космическое агентство (ЕКА) рассматривает альтернативное ядерное топливо для питания своих предстоящих зондов, путешествующих в глубокий космос.

Чтобы был надежный источник питания космических аппаратов изотоп должен иметь:

  1. Хорошую плотность, чтобы текущая эффективность преобразования энергии была высокой
  2. Высокий период полураспада, чтобы энергии для работы аппарата хватило подольше
  3. Поменьше вредных излучений, чтобы не экранировать и не мешать чувствительным датчикам на борту, а также для защиты людей
  4. Иметь высокий коэффициент мощность/масса, чтобы свести к минимуму количество энергии для доставки генератора в космос
плутоний

плутоний в нормальном разогретом состоянии — выделяет энергию

Плутоний Pu-238 является идеальным топливом, потому что показывает хорошую производительность во всех четырех категориях. Другие возможные решения, такие как стронций-90, полоний-210 (которая была использована в старых российских генераторах), и Кюрий-242/244 не соответствуют определенным свойствам. Только разумная альтернатива, Америций-241.Этот изотоп имеет более длительный период полувыведения (150 лет), но плотность составляет около ¼ мощности  от Pu-238. Америций-241 легко изготовить в больших количествах, так как он является побочным результатом регулярных реакторов. Однако будучи более агрессивным излучателем нейтронов, чем Pu-238, Америций имеет больше радиационной опасности для ученых и инженеров.

Конструкции радиоизотопных термоэлектрических генераторов

Необходима разработка более  эффективных конструкций радиоизотопных термоэлектрических генераторов.

Радиоизотопные термоэлектрические генераторы, изготавливаемые сейчас, конвертируют только около 8% тепловой энергии, превращая в электричество.

Таким образом, инженерные усилия должны быть направлены на увеличение эффективности любого другого альтернативного топлива.

Возможно, использование принципа двигателя Стирлинга, в котором  тепло изменяя давление газа внутри вызывает движение поршня. Хотя эта концепция генерации электричества почти в четыре раза эффективнее за то же количество плутония, но есть предел срока службы аппарата связанный с движущимися частями. Кроме того движение может повлиять на чувствительные инструменты на борту из-за непрерывной вибрации.

Аспект безопасности ядерных генераторов

Аспект безопасности ядерной энергетики также, как и на земле, в космосе следует всегда иметь в виду. По сравнению с альтернативными изотопами ядерщики говорят, что Pu-238 является безопасным топливом для космических аппаратов с ядерными источниками энергии.

Чтобы свести к минимуму риск радиоактивного материала Pu-238 хранится в отдельных ячейках в их собственной теплозащите. Эти ячейки окружены слоем иридия и помещены в высокопрочные графитированные блоки. Графитированные блоки защищают всю сборку от перегрева при  вхождении спутника в атмосферу Земли.

Поскольку выбросы от плутония не проникают в кожу, основной опасностью от Pu-238 является разложение плутония в очень маленькие частицы, которые могут проникнуть вовнутрь при дыхании, после чего они могут облучить внутренние органы человека.

Ядерно-энергетические системы могут использоваться как для спутников на орбите Земли, так и для более дальних миссий на другие планеты. Много усилий было вложено, чтобы сделать сегодняшнее применение ядерной энергии безопасной.  НАСА делает вывод, что воздействие на окружающую среду имеет шанс 1 к 350 когда плутоний может быть рассеян в окружающей среде и нанести вред людям.термоэлектрические генераторы

Поскольку атомные термоэлектрические генераторы могут использоваться не только как источники электроэнергии, но и источник тепла и движения, они могут быть нашим единственным выбором для достижения и поддержания жизни и производственной деятельности на базах за пределами планеты Земля и при полетах на другие планеты.

Оставить комментарий

.