סוף המחסור בפלוטוניום של נאס"א עשוי להיות באופק. ביום שני 18 במרץthראש ג'ימן גרין, ראש חטיבת המדע הפלנטאית של נאס"א, הודיע כי ייצור פלוטוניום -238 (Pu-238) על ידי משרד האנרגיה האמריקני (DOE) נמצא כעת בשלבי הבדיקה המובילים להפעלה מחדש של ייצור בקנה מידה מלא.
"בסוף השנה הקלנדרית, תהיה לנו תוכנית שלמה של מחלקת האנרגיה כיצד הם יוכלו לספק את הדרישה שלנו של 1.5 עד 2 ק"ג בשנה." גרין אמר ב -44th ועידת המדע הירחי והפלנטרי מתקיימת בוודלנדס, טקסס ביום שני האחרון.
החדשות האלה לא מגיעות מוקדם מדי. כתבנו בעבר על המחסור המתקרב בפלוטוניום ועל ההשלכות שיש לו על חקר החלל העמוק בעתיד. אנרגיה סולארית מספקת ברוב המקרים כשאתה חוקר את מערכת השמש הפנימית, אבל כשאתה יוצא אל מעבר לחגורת האסטרואידים, אתה צריך כוח גרעיני כדי לעשות זאת.
הפקת האיזוטופ Pu-238 הייתה תוצאה ברי מזל של המלחמה הקרה. האיזוטופ פלוטוניום (-239) מיוצר לראשונה על ידי גלן סייבורג בשנת 1940, מיוצר באמצעות הפגנת נפטוניום (שהוא עצמו תוצר ריקבון של אורניום -23) עם נויטרונים. השתמש באותו איזוטופ יעד של נפטוניום -237 בכור מהיר, ופו -238 היא התוצאה. Pu-238 מפיק פי 280 מחום הריקבון ב -560 וואט לק"ג לעומת Pu-239 בדרגה נשק והוא אידיאלי כמקור אנרגיה קומפקטי לחקירת חלל עמוק.
מאז 1961 הושקו למעלה מ -26 חלליות אמריקאיות הנושאות גנרטורים תרמו-אלקטרוניים רדיו-איזוטופיים רב-משימתיים (MMRTG, או לשעבר פשוט RTGs) כמקורות כוח ובחנו את כל כוכבי הלכת למעט מרקורי. מטעני RTG שימשו על ידי מטען המדע Apollo Lunar ניסויים חבילה (ALSEP) של מטעני המדע שהשאירו האסטרונאוטים על הירח, וקאסיני, מאדי הסקרנות ואופקים חדשים החקירה לחקור את פלוטו ביולי 2015 מונעים גרעינים.
RTGs המופעלים על ידי פלוטוניום הם רק טכנולוגיה בה אנו משתמשים כיום שיכולה לבצע חקר חלל עמוק. חללית ג'ונו של נאס"א תהיה הראשונה להגיע ליופיטר בשנת 2016 ללא שימוש ב- RTG המופעל על ידי גרעין, אך היא תצטרך להעסיק 3 פאנלים סולאריים ענקיים בגודל 2.7 x 8.9 מטר כדי לעשות זאת.
הבעיה היא, ייצור הפלוטוניום בארה"ב נפסק בשנת 1988 עם תום המלחמה הקרה. מסווגים כמה פלוטוניום -238 נאס"א וה- DOE אוספים, אך משערים כי לכל היותר די היה למשימה אחת נוספת של מעמד ספינת דגלים ואולי למשימה קטנה של סקאוט. בנוסף, ברגע שיוצר פלוטוניום -239 בכלי נשק, אין שום עיבוד מחודש בו האיזוטופ ה- Pu-238 הרצוי. הפלוטוניום המעביר כיום את הסקרנות על פני מאדים נקנה מהרוסים, ומקור זה הסתיים בשנת 2010. אופקים חדשים מצוידים ב- MMRTG חילופי שהוקם לקאסיני שהושק בשנת 1999.
כבונוס נוסף, משימות המופעלות על פלוטוניום עוברות לעתים קרובות גם את הציפיות. לדוגמה, לחללית Voyager 1 & 2 הייתה משך משימה מקורית של חמש שנים וכעת הם אמורים להימשך הרבה בעשור החמישי לפעול שלהם. סקרנות מאדים אינה סובלת מהנושאים של "פאנלים סולאריים מאובקים" שפקדו את הרוח וההזדמנות ויכולים לפעול לאורך החורף המאדים הארוך. אגב, בעוד שאהבי הרוח וההזדמנות לא היו מונעי גרעין, הם עשה משתמשים במישוריהם כדוריות זעירות של תחמוצת פלוטוניום בכדי להישאר חמים, כמו גם קוריום רדיואקטיבי בכדי לספק מקורות נויטרונים בספקטרומטר שלהם. לא מן הנמנע כי כל בינה זרה שתתמודד עם חמשת החלליות הנמלטות ממערכת השמש שלנו (פיוניר 10 ו 11, וויאג'רס 1 ו -2 ואופקים חדשים) עלולה להעלות על הדעת את עזיבתם מכדור הארץ על ידי מדידת הריקבון של מקור הכוח הפלוטוניום שלהם. (ל- Pu-238 חיי מחצית חיים של 87.7 שנים ובסופו של דבר נופלים לאחר המעבר בסדרה ארוכה של איזוטופים של בת ל Lead-206).
מפעל הייצור הנוכחי של Pu-238 יבוצע במעבדה הלאומית של Oak Ridge (ORNL) באמצעות הכור האיזוטופי High Flux שלה (HFIR). ניתן להחיות את Pu-238 "ישן" גם על ידי הוספת לו Pu-238 החדשה המיוצרת.
"על כל קילוגרם אחד אנו באמת מחיים שני קילוגרמים של פלוטוניום ישן על ידי עירוב זה ... זהו חלק קריטי בתהליך שלנו כדי להיות מסוגלים לנצל את האספקה הקיימת שלנו בצפיפות האנרגיה שאנו רוצים אותה", אמר גרין לתכנון חקר מאדים שנערך לאחרונה. ועדה.
עדיין, ייצור יעד מלא של 1.5 קילוגרם לשנה עשוי לחלוף זמן. לשם ההקשר, רובר המאדים סקרנות משתמש ב -4.8 קילוגרם של Pu-238, וה- New Horizons מכיל 11 קילוגרמים. שום משימות לכוכבי הלכת החיצוניים לא יצאו מכדור הארץ מאז השקתו של סקרנות בנובמבר 2011, והמשימה הבאה שעשויה לעסוק ב- RTG היא הכוכב המוצע של מאדים 2020. רעיונות על לוח השרטוט כמו נחתת אגם טיטאן ומשימת יופיטר אייסי מונס ייעשו גרעיני.
יחד עם ייצור פלוטוניום חדש, נאס"א מתכננת להעמיד לרשותם שני RTGs חדשים המכונים מחוללי רדיו-איזוטופים מתקדמים (ASRG). למרות שיעיל יותר, ASRG עשוי שלא תמיד להיות המכשיר שבחר. לדוגמה, סקרנות משתמשת בחום הפסולת MMRTG שלה כדי לשמור על מכשירים חמים באמצעות זרימת פרייון. הסקרנות נאלצה גם לפרוק חום פסולת שהופק על ידי גנרטור 110 ואט תוך כדי שילוב במעטפת האוויר שלו שנחוצה למאדים.
וכמובן, ישנם אמצעי הזהירות הנוספים שבאים עם השקת עומס גרעיני. נשיא ארצות הברית נאלץ לצאת לדרך עם שיגור הסקרנות מחוף החלל בפלורידה. ההשקה של קאסיני, אופקים חדשים וסקרנות גררה פיזור של מפגינים, כמו כל דבר שקשור לגרעין. לא חשוב שתחנות הכוח המופעלות על פחם מייצרות פולוניום רדיואקטיבי, רדון ותוריום כתוצר לוואי בלתי רצוי מדי יום.
ההשקות האמורות אינן נטולות סכנות, אם כי עם סיכונים הניתנים להקל ולניהול. אחת מהתאונות הגרעיניות הידועות לשמצה ביותר בחלל התרחשה בשלב מוקדם של תוכנית החלל האמריקאית עם אובדן לוויין מסוג Transit-5BN-3 המצויד ב- RTG מול חופי מדגסקר זמן קצר לאחר השיגור בשנת 1964. וכאשר אפולו 13 נאלצה להפיל. וחזרו לכדור הארץ, האסטרונאוטים הופנו לתעלה מזל דלי מודול הנחיתה יחד עם הניסויים המדעיים המונעים על גרעין שלהם נועדו לפני השטח של הירח באוקיאנוס השקט ליד האי פיג'י. (הם לא אומרים לך זה בסרט) אחד תוהה אם יהיה זה חסכוני "להחיות" את ה- RTG הזה מקומת האוקיאנוס למשימה חללית עתידית. בשיגורים קודמים עם ציוד גרעיני כמו New Horizons, נאס"א הציבה את הסיכוי ל"תאונת שיגור שעלולה לשחרר פלוטוניום "ב -350 ל -1 נגד אפילו אז, ה- RTG המוגן" מהונדס יתר על המידה "כדי לשרוד פיצוץ והשפעה עם המים.
אך הסיכונים שווים את הרווח מבחינת תגליות חדשות של מערכות סולאריות. בעתיד חדש ואמיץ של חקר החלל, הפעלה מחדש של ייצור הפלוטוניום למטרות שלווה נותנת לנו תקווה. כדי לפרש את קארל סייגן, מסע בחלל הוא אחד השימושים הטובים ביותר בביקוע גרעיני שאנחנו יכולים לחשוב עליו!
