NASAn plutoniumipulan loppu saattaa olla näkyvissä. Maanantaina 18. maaliskuutath, NASA: n planeettatieteellisen yksikön päällikkö Jim Green ilmoitti, että Yhdysvaltojen energiaministeriön (DOE) tuottama plutonium-238 (Pu-238) on tällä hetkellä koevaiheissa, jotka johtavat täysimittaisen tuotannon uudelleenkäynnistykseen.
"Kalenterivuoden loppuun mennessä meillä on energiaministeriöltä täydellinen suunnitelma siitä, kuinka he pystyvät täyttämään 1,5–2 kilogramman vaatimuksemme vuodessa." Green sanoi 44-vuotiaanath Kuun ja planeetan tiedekonferenssi pidetään Woodlandsissa, Texasissa viime maanantaina.
Tämä uutinen ei tule liian pian. Olemme aiemmin kirjoittaneet lähestyvästä plutoniumin puutteesta ja sen vaikutuksista tulevaisuuden syvän avaruuden tutkimukseen. Aurinkovoima on riittävä useimmissa tapauksissa, kun tutkit sisäistä aurinkokuntaa, mutta kun uskallat lähteä asteroidihihnan ulkopuolelle, tarvitset ydinvoimaa sen tekemiseen.
Isotoopin Pu-238 tuotanto oli kylmän sodan onnekas seuraus. Ensimmäisen kerran Glen Seaborgin tuottaman vuonna 1940, plutoniumin (-239) aselaatuinen isotooppi tuotetaan pommittamalla neptuniumia (joka itsessään on uraani-238 hajoamistuote) neutroneilla. Käytä samaa kohde-isotooppia Neptunium-237 nopeassa reaktorissa, ja tuloksena on Pu-238. Pu-238 tuottaa vaimenemislämpöä 280x-kertaisesti nopeudella 560 wattia kilogrammalta verrattuna aseiden luokkaan Pu-239 ja on ihanteellinen kompakti energialähde syvän avaruuden tutkimiseen.
Vuodesta 1961 lähtien on käynnistetty yli 26 yhdysvaltalaista avaruusalusta, jotka kantavat virtalähteinä monen tehtävän radioisotooppisia termosähkögeneraattoreita (MMRTG tai aiemmin yksinkertaisesti RTG) ja ovat tutkineet kaikkia planeettoja paitsi elohopeaa. RTG: itä käytettiin Apollo Lunar Surface Experiments -paketin (ALSEP) tieteellisissä hyötykuormissa, jotka Moonin astronautit ovat jättäneet. Cassini, Mars Curiosity ja New Horizons -matkareitti tutkimaan Plutoa heinäkuussa 2015 ovat kaikki ydinvoimaloita.
Plutoniumikäyttöiset RTG: t ovat vain tekniikka, jota olemme parhaillaan käyttämässä ja joka voi suorittaa syvän avaruustutkimuksen. NASA: n Juno-avaruusalus saavuttaa ensimmäisenä Jupiterin vuonna 2016 ilman ydinvoimaloita käyttävää RTG: tä, mutta sen on käytettävä 3 valtavaa 2,7 x 8,9 metrin aurinkopaneelia tehdäkseen se.
Ongelmana on, että plutoniumin tuotanto Yhdysvalloissa lopetettiin vuonna 1988 kylmän sodan päättyessä. Kuinka paljon Plutonium-238 NASA: n ja DOE: n on varastossa, on luokiteltu, mutta on arveltu, että sillä on korkeintaan yksi uutta suurta lippulaiva-luokan operaatiota ja ehkä pieni Scout-luokan tehtävä. Lisäksi kun aseiden luokan plutonium-239 on valmistettu, sitä ei voida käsitellä uudelleen haluttua Pu-238-isotooppia. Plutonium, joka tällä hetkellä valtaa Curiositya Marsin pinnalla, ostettiin venäläisiltä, ja lähde päättyi vuonna 2010. New Horizons on varustettu varaosalla MMRTG: llä, joka rakennettiin Cassinille, joka käynnistettiin vuonna 1999.
Lisäbonuksena plutoniumikäyttöiset tehtävät ylittävät usein myös odotukset. Esimerkiksi Voyager 1 & 2 -aluksen aluksen alkuperäinen operaation kesto oli viisi vuotta, ja sen odotetaan nyt jatkuvan hyvin viidennellä toiminta-vuosikymmenellään. Mars Curiosity ei kärsi "pölyisistä aurinkopaneeleista", jotka vaivaavat Henkeä ja Mahdollisuuksia ja voivat toimia pitkän Marsin talven ajan. Muuten, vaikka Spirit and Opportunity -roverit eivät olleet ydinvoimaloita, he teki käytä nivelissä pieniä plutoniumoksidipellettejä pysyäkseen lämpiminä, samoin kuin radioaktiivista curiumia neutronilähteiden tarjoamiseksi spektrometreihin. On jopa täysin mahdollista, että jokin muukalainen älykkyys kompastuu viiteen avaruusalukseen, jotka pakenevat aurinkokuntamme (Pioneer 10 & 11, Voyagers 1 & 2 ja New Horizons), voisivat ajatella mahdollisesti päivämääränsä maasta lähtöään mittaamalla heidän plutoniumin energialähteen rappeutumista. (Pu-238: n puoliintumisaika on 87,7 vuotta ja lopulta hajoaa, kun se on siirtynyt pitkän tytär-isotooppisarjan läpi lyijy-206: ksi).
Pu-238: n nykyinen tuotantosuunta suoritetaan Oak Ridge National Laboratoryssa (ORNL) käyttämällä sen korkeavirtaista isotooppireaktoria (HFIR). ”Vanha” Pu-238 voidaan myös elvyttää lisäämällä siihen vastavalmistettu Pu-238.
"Jokaista 1 kiloa kohden me todella elvyttämme kaksi kiloa vanhempaa plutoniumia sekoittamalla sitä ... se on kriittinen osa prosessiamme, jotta pystymme hyödyntämään nykyistä tarjontaamme haluamallasi energiatiheydellä", Green kertoi äskettäisestä Marsin etsintäsuunnitelmasta komitea.
Silti täysi tavoitetuotanto 1,5 kiloa vuodessa voi olla jonkin aikaa vapaa. Mars-rover Curiosity hyödyntää kontekstissa 4,8 kiloa Pu-238: ta ja New Horizons sisältää 11 kiloa. Maapallon ulkopuolelle ei ole lähtenyt mitään matkoja, koska Curiosity käynnistettiin marraskuussa 2011, ja seuraava tehtävä, joka todennäköisesti kannattaa RTG: tä, on ehdotettu Mars 2020 -lentokone. Piirustuspöydän ideat, kuten Titan-järvenlasku ja Jupiter Icy Moons -operaatio, olisivat kaikki ydinvoimaloita.
Uuden plutoniumintuotannon ohella NASA aikoo saada kaksi uutta RTG: tä, jotka kutsutaan Advanced Stirling Radioisotope Generator -generaattoreiksi (ASRG) vuoteen 2016 mennessä. Vaikka ASRG onkin tehokkaampi, se ei ehkä aina olla valittu laite. Esimerkiksi Curiosity käyttää MMRTG-jätelämpöään pitämään instrumentit lämpimänä Freon-kiertoon. Uteliaisuus joutui myös tyhjentämään 110 watin generaattorin tuottaman hukkalämmön samalla kun se jäähdytettiin sen ilmakuoressa matkalla Marsiin.
Ja tietysti on ylimääräisiä varotoimenpiteitä, jotka liittyvät ydinhyötykuorman käynnistämiseen. Yhdysvaltojen presidentin piti ilmoittautua Curiosityn käynnistyessä Floridan avaruusrannikolta. Cassinin, New Horizonsin ja Curiosityn käynnistäminen kaikki hajottivat mielenosoittajia, samoin kuin mikä tahansa ydinalaan liittyvä. Älä unohda, että hiilellä toimivat voimalaitokset tuottavat radioaktiivista poloniumia, radonia ja toriumia ei-toivotuksi sivutuotteeksi päivittäin.
Mainitut laukaisut eivät ole vaarattomia, vaikkakin riskejä, joita voidaan lieventää ja hallita. Yksi tunnetuimmista avaruuteen liittyvistä ydinonnettomuuksista tapahtui Yhdysvaltain avaruusohjelman varhaisessa vaiheessa, kun RTG-varustettu Transit-5BN-3-satelliitti katosi Madagaskarin rannikolta pian laukaisun jälkeen vuonna 1964. Ja kun Apollo 13 joutui keskeyttämään ja palattuaan Maahan, astronautit ohjattiin ojittamaan Vesimies Laskemismoduuli yhdessä sen ydinvoimaloitavien tieteellisten kokeiden kanssa, jotka on tarkoitettu Kuun pintaan Tyynellämerellä lähellä Fidžin saarta. (He eivät kerro sinulle että elokuvassa) Mietitään, olisiko kustannustehokasta "elvyttää" tämä RTG merenpohjasta tulevaa avaruusoperaatiota varten. Aikaisemmissa ydinvoimaloilla varustetuissa laukaisuissa, kuten New Horizons, NASA asetti mahdollisuuden "laukaisu-onnettomuuteen, joka voisi vapauttaa plutoniumia" suhteessa 350: 1. Silloinkin suojattu RTG on "yli-suunniteltu" selviytymään räjähdyksestä ja iskusta. veden kanssa.
Mutta riskit ovat hyötymisen arvoisia, kun otetaan huomioon uusia aurinkokunnan löytöjä. Avaruustutkimuksen rohkeassa uudessa tulevaisuudessa plutoniumin tuotannon uudelleenaloittaminen rauhanomaisiin tarkoituksiin antaa meille toivoa. Lyhyesti sanottuna Carl Sagan, avaruusmatkustus on yksi ydinfission parhaimmista käyttökohteista, joita voimme ajatella!
