Для космических аппаратов нужно топливо и поэтому ядерная энергетика в космосе или ядерный спутник применяется широко. Радиоизотопный термоэлектрический генератор космических аппаратов использует, 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:
- Хорошую плотность, чтобы текущая эффективность преобразования энергии была высокой
- Высокий период полураспада, чтобы энергии для работы аппарата хватило подольше
- Поменьше вредных излучений, чтобы не экранировать и не мешать чувствительным датчикам на борту, а также для защиты людей
- Иметь высокий коэффициент мощность/масса, чтобы свести к минимуму количество энергии для доставки генератора в космос
Плутоний 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.
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.
Поскольку радиоизотопный термоэлектрический генератор может использоваться не только как источнии 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.
