NASA plutonija deficīta beigas var būt redzamas. Pirmdien, 18. martāth, NASA planētu zinātnes nodaļas vadītājs Džims Grīns paziņoja, ka Amerikas Savienoto Valstu enerģētikas departamenta (DOE) ražotā plutonija-238 (Pu-238) ražošana pašlaik ir pārbaudes fāzēs, kas izraisa pilna mēroga ražošanas atsākšanu.
"Līdz kalendārā gada beigām mums būs pilns Enerģētikas departamenta plāns, kā viņi varēs izpildīt mūsu prasību par 1,5 līdz 2 kilogramiem gadā." Grīns sacīja 44. sēdēth Mēness un planētu zinātnes konference, kas pagājušajā pirmdienā notika Vudlendā, Teksasā.
Šīs ziņas nenāk pārāk drīz. Iepriekš esam rakstījuši par gaidāmo plutonija trūkumu un tā sekām nākotnē dziļā kosmosa izpētē. Saules enerģija vairumā gadījumu ir piemērota, izpētot iekšējo saules sistēmu, bet, dodoties ārpus asteroīda jostas, jums ir nepieciešama kodolenerģija.
Izotopa Pu-238 ražošana bija aukstā kara veiksmīgas sekas. Pirmo reizi Glen Seaborg ražojot 1940. gadā, plutonija (-239) ieroču kategorijas izotopu iegūst, bombardējot neptūniju (kas pats par sevi ir urāna-238 sabrukšanas produkts) ar neitroniem. Ātrajā reaktorā izmantojiet to pašu mērķa izotopu Neptunium-237, un rezultāts ir Pu-238. Pu-238, salīdzinot ar Pu-239 klases ieročiem, 280x reižu samazina karstuma siltumu ar 560 vatiem kilogramā un ir ideāli piemērots kā kompakts enerģijas avots dziļā kosmosa izpētē.
Kopš 1961. gada ir palaisti vairāk nekā 26 ASV kosmosa kuģi, kuru enerģijas avoti ir vairāku misiju radioizotopu termoelektriskie ģeneratori (MMRTG vai agrāk vienkārši RTG), un tie ir izpētījuši visas planētas, izņemot Merkura. RTG izmantoja Apollo Mēness virsmas eksperimentu paketes (ALSEP) zinātniskās kravas, kuras atstājuši astronauti uz Mēness, un Cassini, Mars Curiosity un New Horizons, kas dodas maršrutā, lai izpētītu Plutonu 2015. gada jūlijā, ir visi ar kodolenerģiju darbināmi.
RTG ar plutoniju darbināmas tikai tehnoloģija, kuru mēs šobrīd izmantojam, kas var veikt kosmosa izpēti. NASA kosmosa kuģis Juno būs pirmais, kas 2016. gadā sasniegs Jupiteru, neizmantojot ar kodolmašīnu darbināmu RTG, taču, lai to izdarītu, tam būs jāizmanto 3 milzīgi 2,7 x 8,9 metru saules paneļi.
Problēma ir tā, ka plutonija ražošana ASV tika pārtraukta 1988. gadā līdz ar aukstā kara beigām. Tas, cik daudz Plutonium-238 ir uzkrājis NASA un DOE, ir klasificēts, taču tika spekulēts, ka ar to pietiek tikai vēl vienai lielai karoga kuģa misijai un, iespējams, nelielai Scout klases misijai. Turklāt, tiklīdz tiek ražots ieroču klases plutonijs-239, vēlamais Pu-238 izotops to nepārstrādā. Plutonijs, kas pašlaik rada zinātkāri visā Marsa virsmā, tika nopirkts no krieviem, un šī avota darbība beidzās 2010. gadā. New Horizons ir aprīkots ar rezerves MMRTG, kas tika uzbūvēts Cassini, kas tika uzsākts 1999. gadā.
Kā papildu bonuss, misijas ar plutoniju darbināmas arī bieži pārsniedz cerības. Piemēram, kosmosa kuģa Voyager 1 & 2 sākotnējais misijas ilgums bija pieci gadi, un tagad tiek paredzēts, ka tas turpinās darboties arī piektajā darbības desmitgadē. Mars Curiosity necieš no jautājumiem par “putekļainajiem saules paneļiem”, kas nomoka Garu un Iespēju un var darboties garās Marsa ziemas laikā. Starp citu, kamēr Spirit and Opportunity roveriem nebija kodolenerģijas, viņi izdarīja izmantojiet sīkas plutonija oksīda granulas savās locītavās, lai saglabātu siltumu, kā arī radioaktīvo kurpi, lai nodrošinātu spektrometros neitronu avotus. Ir pat pilnīgi iespējams, ka svešzemju inteliģence paklīst uz pieciem kosmosa kuģiem, kas aizbēg no mūsu Saules sistēmas (Pioneer 10 & 11, Voyagers 1 & 2 un New Horizons), iespējams, varētu datēt savu aiziešanu no Zemes, izmērot viņu plutonija enerģijas avota samazinājumu. (Pu-238 pussabrukšanas periods ir 87,7 gadi un, ilgā meitas izotopu sērijā pārejot uz svinu-206, galu galā noārdās).
Pašreizējais Pu-238 ražošanas cikls tiks veikts Oak Ridge Nacionālajā laboratorijā (ORNL), izmantojot tā augstas plūsmas izotopu reaktoru (HFIR). “Veco” Pu-238 var arī atdzīvināt, pievienojot tam tikko ražotu Pu-238.
"Par katriem 1 kilogramu mēs patiešām atdzīvinām divus kilogramus vecāka plutonija, to sajaucot ... tā ir kritiska mūsu procesa sastāvdaļa, lai spētu izmantot mūsu esošo krājumu tādā enerģijas blīvumā, kādu mēs to vēlamies," Grīns pastāstīja nesenajā Marsa izpētes plānošanā komiteju.
Tomēr mērķa sasniegšana 1,5 kilogramu apjomā gadā var būt brīva. Šajā kontekstā Marsa rovers Curiosity izmanto 4,8 kilogramus Pu-238, bet New Horizons satur 11 kilogramus. Kopš Curiosity atklāšanas 2011. gada novembrī neviena misija uz ārējām planētām nav izbraukusi, un nākamā misija, kas, visticamāk, iezīmēs RTG, ir ierosinātais Mars 2020 maršrutētājs. Tādas idejas, kā zīmēšanas dēlis, piemēram, Titāna ezera krastā un Jupitera ledus Moona misijā, būtu ar kodolenerģiju darbināmas.
Līdztekus jaunai plutonija ražošanai NASA plāno, ka līdz 2016. gadam būs pieejami divi jauni RTG, kas saukti par Advanced Stirling Radioisotop Generators (ASRG). Lai arī ASRG ir efektīvāka, iespējams, vienmēr būt izvēlētai ierīcei. Piemēram, Curiosity izmanto savu MMRTG atkritumu siltumu, lai saglabātu instrumentus siltus, izmantojot Freona cirkulāciju. Zinātkārei arī vajadzēja izvadīt atkritumu siltumu, ko radīja 110 vatu ģenerators, kamēr tas tika atdzesēts tā aviācijas apvalkā, kas ved uz Marsu.
Un, protams, ir arī papildu piesardzības pasākumi, kas saistīti ar kodolenerģijas ieguves uzsākšanu. Amerikas Savienoto Valstu prezidentam bija jāparakstās par Curiosity atklāšanu no Floridas kosmosa krasta. Cassini, New Horizons un Curiosity palaišana - visi, kas saistīti ar kodolieročiem, izkliedēja protestētājus. Neņemiet vērā, ka ar oglēm darbināmas elektrostacijas katru dienu rada radioaktīvo poloniju, radonu un toriju kā nevēlamu blakusproduktu.
Minētās palaišanas nav bez bīstamības, kaut arī ar riskiem, kurus var mazināt un pārvaldīt. Viens no bēdīgi slavenākajiem ar kosmosu saistītajiem kodolnegadījumiem notika ASV kosmosa programmas sākumā, kad īsi pēc palaišanas 1964. gadā tika zaudēts ar RTG aprīkots satelīts Transit-5BN-3 pie Madagaskaras krastiem. Un kad Apollo 13 bija jāatstāj aborts. un lai atgrieztos uz Zemes, astronauti tika novirzīti Ūdensvīrs Piezemēšanās modulis kopā ar zinātniskajiem eksperimentiem ar kodolmateriāliem, kas domāti Mēness virsmai Klusajā okeānā netālu no Fidži salas. (Viņi jums to nesaka ka filmā) rodas jautājums, vai būtu rentabli šo RTG “augšāmcelt” no okeāna dibena nākotnes kosmosa misijai. Iepriekšējos ar kodolieročiem aprīkotos palaišanas gadījumos, piemēram, New Horizons, NASA pielika iespēju “palaišanas avārijai, kas varētu atbrīvot plutoniju” ar ātrumu 350 pret 1. Arī tad ekranētais RTG ir “pārmērīgi izstrādāts”, lai izdzīvotu sprādzienā un triecienā. ar ūdeni.
Bet riski ir ieguvuma vērti, ņemot vērā jaunus Saules sistēmas atklājumus. Drosmīgi jaunajā kosmosa izpētes nākotnē plutonija ražošanas atsākšana mierīgiem mērķiem dod mums cerību. Pārfrāzējot Karlu Saganu, kosmiskais ceļojums ir viens no labākajiem kodola skaldīšanas veidiem, par ko mēs varam domāt!
