Azərbaycanca AzərbaycancaБеларускі БеларускіDansk DanskDeutsch DeutschEspañola EspañolaFrançais FrançaisIndonesia IndonesiaItaliana Italiana日本語 日本語Қазақ ҚазақLietuvos LietuvosNederlands NederlandsPortuguês PortuguêsРусский Русскийසිංහල සිංහලแบบไทย แบบไทยTürkçe TürkçeУкраїнська Українська中國人 中國人United State United StateAfrikaans Afrikaans
Підтримка
www.wikidata.uk-ua.nina.az

Радіоізотопний термоелектричний генератор РТГ РІТЕГ пристрій що генерує електроенергію із тепла що виділяється при розпа

Радіоізотопний термоелектричний генератор

Радіоізотопний термоелектричний генератор

Радіоізотопний термоелектричний генератор (РТГ, РІТЕГ) — пристрій, що генерує електроенергію із тепла, що виділяється при розпаді радіоактивного матеріалу, за рахунок ефекту Зеебека, використовуючи масив термопар. Такий генератор не має рухомих частин.

image
Схема РІТЕГа, який використовується на зонді Кассіні

РІТЕГи використовуються як джерела живлення в супутниках, космічних зондах та безекіпажних віддалених об'єктах, таких як ряд маяків, побудованих колишнім Радянським Союзом всередині Полярного кола. РТГ зазвичай є найбажанішим джерелом живлення для ситуацій без технічної підтримки, в яких потрібно кілька сотень ватів (або менше) енергії для настільки довгого часу, що паливні елементи, батареї або генератори стають економічно невигідними, і в місцях, де сонячні батареї не є практичними. Безпечне використання РТГ вимагає зберігання радіоізотопів довгий час після закінчення терміну експлуатації пристрою. Дороговизна РІТЕГів, як правило, обмежує їхнє використання нішевим застосування у рідкісних або особливих ситуаціях.

Історія

image
Гранула з 238PuO2, яка використовується в РТГ для місій Кассіні та Галілео. Фото було зроблено після ізоляції гранул під графітовою ковдрою протягом декількох хвилин, а потім зняття ковдри. Гранула світиться червоним від жару через тепло, отримане при радіоактивному розпаді (насамперед α). Початковий вихід 62 Вт.

РТГ був винайдений у 1954 році вченими Mound Laboratories Кеном Джорданом та Джоном Бірденом. Їх було внесено до Національної зали слави винахідників у 2013 році. Джордан та Бірден працювали над контрактом армійського сигнального корпусу (R-65-8-998 11-SC-03-91) починаючи з 1 січня 1957 року, проводячи дослідження радіоактивних матеріалів та термопар, придатних для прямого перетворення тепла в електричну енергію використовуючи Полоній-210 як джерело тепла. РТГ були розроблені у США наприкінці 1950-х років Mound Laboratories у Маямісбурзі, штат Огайо, за контрактом з Комісією з атомної енергії США. Проектом керував доктор Бертрам К. Бланке.

Першим РТГ, запущеним у космос США, був SNAP 3B в 1961 році, що працював на 96 грамах металічного Плутонію-238 на борту космічного корабля ВМС Transit 4A. Одне із перших наземних застосувань РТГ було в 1966 році, коли ВМС США використовували його у безлюдному острові (інші мови) на Алясці. РІТЕГ використовувались на цій ділянці до 1995 року.

Поширеним застосуванням РІТЕГ є живлення космічних апаратів. Системи для допоміжного ядерного живлення (SNAP) використовувались для зондів, які подорожують далеко від Сонця, що робить сонячні батареї недоцільними. Як такі вони використовувались у Піонер-10, Піонер-11, Вояджер-1, Вояджер-2, Галілео, Уліс, Кассіні, New Horizons та науковою лабораторією Марса. РТГ були використані для живлення двох спускних апаратів «Вікінг» і для наукових експериментів, залишених на Місяці екіпажами місій Аполлон від 12 до 17 (SNAP 27s). Оскільки місія на Місяць Аполлон-13 була перервана, його РТГ знаходиться в Південному Тихому океані, в околицях жолоба Тонга. РІТЕГ також використовувались для супутників [en], Transit та [en]. Для порівняння, лише декілька космічних апаратів запущені з використанням повноцінних ядерних реакторів: радянської серії УС-А та американської [en].

Окрім космічних кораблів, Радянський Союз сконструював багато безекіпажних та навігаційних маяків, що працюють на РТГ.

ВВС Сполучених Штатів використовують РТГ для живлення станцій дистанційного зондування для радіолокаційних систем Top-ROCC та SEEK IGLOO, розташованих переважно на Алясці.

Раніше в імплантованих серцевих кардіостимуляторах використовувались невеликі «плутонієві клітини» (дуже малі РТГ, що працюють на 238Pu), щоб забезпечити дуже тривалий «термін служби акумулятора». Станом на 2004 рік близько дев'яноста ще використовувались. На кінець 2007 року було повідомлено про лише дев'ять. Програма Mound Laboratory Cardiac Pacemaker розпочалася 1 червня 1966 року спільно з NUMEC. Коли було виявлено, що джерело тепла не залишатимуться неушкодженими під час кремації, програму було скасовано у 1972 р., оскільки не було можливості повністю забезпечити те, щоб агрегати не були кремовані з органами своїх користувачів.

Будова

Конструкція РТГ проста за стандартами ядерних технологій: головний компонент — міцний контейнер з радіоактивним матеріалом (паливом). Термопари розміщуються в стінках ємності, зовнішній кінець кожної термопари з'єднаний з тепловідводом. Радіоактивний розпад палива виробляє тепло. Саме різниця температур між паливом та радіатором дозволяє термопарам виробляти електроенергію.

Термопара — це термоелектричний прилад, який може перетворювати теплову енергію безпосередньо в електричну енергію, використовуючи ефект Зеебека. Він виготовлений з двох видів металу (або напівпровідників), які можуть одночасно проводити електрику. Якщо вони з'єднані один з одним у замкнутому колі і два переходи знаходяться при різній температурі, в петлі протікатиме електричний струм. Зазвичай велика кількість термопар з'єднуються послідовно для отримання більш високої напруги.

Паливо

Критерії вибору ізотопів

Радіоактивний матеріал, що використовується в РТГ, повинен мати декілька характеристик:

  1. Його період напіврозпаду повинен бути достатньо довгим для того, щоб він вивільняв енергію з відносно постійною швидкістю протягом розумної кількості часу. Кількість енергії, що виділяється за час (потужність) даної кількості матеріалу, обернено пропорційна періоду напіврозпаду. Ізотоп із подвоєним періодом напіврозпаду і однаковою енергією розпаду вивільнить енергію з половиною швидкості на моль. Типовий період напіврозпаду для радіоізотопів, використовуваних у РТГ, становить декілька десятиліть, хоча ізотопи з меншим періодом напіврозпаду можуть використовуватися для спеціалізованих застосувань.
  2. Для використання у космічному польоті паливо повинно виробляти велику кількість енергії на масу та об'єм (густина). Густина і вага не такі важливі для наземного використання, якщо немає обмежень розміру. (інші мови) можна обчислити, якщо відома енергія радіоактивного випромінювання або втрата маси до і після радіоактивного розпаду. Вивільнення енергії на кількість матеріалу, що розпався, пропорційне виробництву електроенергії на моль. Альфа-розпад загалом вивільняє приблизно в десять разів більше енергії, ніж бета-розпад Стронцію-90 або Цезію-137.
  3. Випромінювання повинне бути такого типу, що легко поглинається та трансформується в теплове випромінювання, бажано альфа-випромінювання. Бета-випромінювання може виділяти значну кількість гамма/рентгенівських променів через гальмування і, отже, вимагає важкого екранування. Ізотопи не повинні виробляти значну кількість гамма, нейтронного випромінювання чи загалом проникаючого випромінювання через інші режими розпаду або продукти радіоактивного ряду.

Перші два критерії обмежують кількість можливих видів палива до менше ніж тридцяти атомних ізотопів у всій таблиці нуклідів.

Плутоній-238, кюрій-244 та стронцій-90 — найчастіше цитовані ізотопи-кандидати, але інші ізотопи, такі як полоній-210, (інші мови), цезій-137, церій-144, (інші мови), кобальт-60, кюрій-242, також були вивчені ізотопи америцію-241 та тулій.

Матеріал Екранування Густина потужності (Вт/г) Період напіврозпаду (років)
238Pu Низьке 0.54 87.7
90Sr Високе 0.46 28.8
210Po Низьке 140 0.378
241Am Середнє 0.114 432

238Pu

Час напіврозпаду Плутонію-238 становить 87,7 років, розумна густина потужності 0,57 Вт на грам та винятково низький рівень випромінювання гамма та нейтронів. 238Pu має найнижчі вимоги до екранування. Лише три кандидатних ізотопи відповідають останньому критерію (не всі перераховані вище) та потребують менше 25 мм свинцевого екранування для блокування випромінювання. 238Pu (найкращому з цих трьох) потрібно менше 2,5 мм, і в багатьох випадках екранування в РТГ на 238Pu непотрібне, оскільки сама оболонка є достатньою.

238Pu став найпоширенішим паливом для РТГ у вигляді оксиду (IV) плутонію (PuO2).

Однак оксид плутонію (IV), що містить природний надлишок кисню, викидає нейтрони зі швидкістю ~23x103 н/сек/г плутонію-238. Цей коефіцієнт викидів порівняно високий порівняно зі швидкістю викиду нейтронів металу плутонію-238. Метал, що не містить домішок легких елементів, випромінює ~2,8х103 н/сек/г плутонію-238. Ці нейтрони утворюються при спонтанному розщепленні плутонію-238.

Різниця в коефіцієнтах викидів металу та оксиду обумовлена, головним чином, альфа-випроміненням, нейтронною реакцією з Оксигеном-18 та Оксигеном-17, присутніми в оксиді. Звичайна кількість Оксигену-18, присутнього в природному вигляді, становить 0,204 %, а Оксигену-17 — 0,037 %. Зниження концентрації Оксигену-17 та Оксигену-18, присутнього в діоксиді плутонію, призведе до значно меншої швидкості викиду нейтронів для оксиду; це може бути досягнуто методом обміну газовою фазою 16O2. Стандартні виробничі партії частинок 238PuO2, осаджених у вигляді гідроксиду, були використані, щоб показати, що великі виробничі партії можуть ефективно обмінюватися 16O2 на регулярній основі.

Зниження коефіцієнта викиду нейтронів PuO2 зі звичайним Оксигеном-16 в п'ять разів було виявлено під час дослідження кардіостимуляторів в Mound Laboratory в 1966 році, частково завдяки досвіду Mound Laboratory з виробництва стабільних ізотопів, починаючи з 1960 року. Для виробництва великих джерел тепла необхідне екранування було б неможливим без цього процесу.

На відміну від інших трьох ізотопів у цьому розділі, 238Pu повинен бути спеціально синтезований і не в наяності як ядерний відхід. В даний час тільки Росія підтримує об'ємне виробництво, тоді як у США між 2013 та 2018 роками його було виготовлено загалом не більше 50 грамів. Американські агенції виявляли бажання розпочати виробництво матеріалу зі швидкістю від 300 до 400 грамів на рік. Якщо б цей план було профінансовано, метою було б налаштувати автоматизацію та масштабування процесів, щоб отримувати в середньому 1,5 кг на рік до 2025 року.

90Sr

Стронцій-90 використовувався Радянським Союзом у наземних РТГ. 90Sr розпадається шляхом β-розпаду, з незначним γ-виділенням. Незважаючи на те, що його період напіврозпаду 28,8 років і значно коротший, ніж у 238Pu, він також має меншу енергію розпаду з густиною потужності 0,46 Вт на грам. Оскільки вихід енергії нижчий, він також сягає нижчих температур, ніж 238Pu, що призводить до зниження ККД РТГ. 90Sr є високопродуктивним відходом ядерного поділу і доступний у великих кількостях за низькою ціною.

210 Ро

Деякі прототипи РТГ, вперше побудовані в 1958 році Комісією з атомної енергії США, використовували полоній-210. Цей ізотоп забезпечує феноменальну густину потужності (чистий 210Po випромінює 140 Вт/г) через високу швидкість розпаду, але має обмежене використання через дуже короткий період напіврозпаду у 138 днів. Півграмовий зразок 210Po досягає температури понад 500 °C. Оскільки Po-210 є чистим альфа-випромінювачем і не випромінює значного гамма- чи рентгенівських променів, вимоги до екранування такі ж низькі, як і для Pu-238.

241Am

Америцій-241 — потенційний ізотоп-кандидат із більшим періодом напіврозпаду, ніж 238Pu. 241Am, має період напіврозпаду 432 роки і може гіпотетично живити пристрій протягом століть. Однак густина потужності 241Am становить лише 1/4 від тої, що має 238Pu. Також 241Am виробляє більше проникаючого випромінювання через продукти радіоактивного ряду і потребує більшого екранування. Вимоги до екранування в РТГ є третіми найнижчими: лише 238Pu та 210Po потребують менше. При нинішньому глобальному дефіциті 238Pu, 241Am вивчається ESA як паливо для РТГ, а в 2019 році Великої Британії оголосила про генерацію корисної електроенергії. Перевага над 238Pu полягає в тому, що америцій виробляється як ядерні відходи і майже ізотопно чистий. Конструкції прототипів РТГ на 241Am мають проектовану вихідну потужність 2-2,2 Вт/кг для апаратів на 5-50 Вт, що ставить їх практично на один рівень з РТГ на 238Pu в межах цього діапазону.

Тривалість експлуатації

image
Радянські РТГ, що працюють на 90Sr, у напівзруйнованому стані.

Більшість РТГ використовують 238Pu, який розпадається з періодом напіврозпаду 87,7 років. Таким чином, за 1 рік потужність РТГ, що використовують цей матеріал, зменшуватиметься з коефіцієнтом image, або близько 0,787 % на рік.

Одним із прикладів є кількасотватний РІТЕГ, що використовується зондами Вояджер. У 2000 році, через 23 роки після виготовлення, радіоактивний матеріал всередині РТГ зменшив потужність на 16,6 %, тобто становив 83,4 % від початкової; при початковій потужності 470 Вт через цей проміжок часу вона була б уже лише 392 Вт. Ще одна із причин втрати потужності в РТГ Вояджерів  — це погіршення властивостей біметалічних термопар, що використовуються для перетворення теплової енергії в електричну; РТГ видавали приблизно 67 % від їх загальної початкової потужності замість очікуваних 83,4 %. На початок 2001 року потужність РТГ на Вояджерах знизилася до 315 Вт для Вояджер-1 та до 319 Вт для Вояджер-2.

Багатоцільовий радіоізотопний термоелектричний генератор

NASA розробляє багатомісійний радіоізотопний термоелектричний генератор, в якому термопари будуть виготовлені з скуттерудиту — арсеніду кобальту (CoAs3), який може функціонувати з меншою різницею температур, ніж поточна конструкція на основі телуру. Це означатиме, що РТГ, який у всьому іншому має подібну конструкцію, генерує на 25 % більше енергії на початку місії і принаймні на 50 % більше після сімнадцяти років. НАСА сподівається використати конструкцію для наступної місії «New Frontiers».

Ефективність

РТГ використовують термоелектричні генератори для перетворення тепла від радіоактивного матеріалу в електрику. Термоелектричні модулі, хоча і дуже надійні та довговічні, але дуже неефективні; ККД понад 10 % ніколи не була досягнута, а ККД більшості РТГ становить від 3 до 7 %. До теперішніх космічних пусків термоелектричні матеріали включали сплави кремнію — германію, телурид свинцю та телуриди сурми, германію та срібла (TAGS). Були проведені дослідження щодо підвищення ефективності використання інших технологій для виробництва електроенергії з тепла. Досягнення більшого ККД означало б менше радіоактивного палива, необхідного для виробництва такої ж потужності, а отже, і меншу загальний вагу для генератора. Це критично важливий фактор, що стосується вартості запуску космічного польоту.

Термоелектричний перетворювач — пристрій перетворення енергії, який спирається на принцип термоемісійного випромінювання — може досягати ККД між 10-20 %, але вимагає більш високих температур, ніж ті, при яких працюють стандартні РТГ. Деякі прототипи РТГ на 210Po використовували термоемісію, і, можливо, інші надзвичайно радіоактивні ізотопи також могли забезпечити живлення цим засобом, але короткий період напіврозпаду робить це нездійсненним. Кілька космічних ядерних реакторів використовували термоемісію, але ядерні реактори зазвичай занадто важкі для використання на більшості космічних зондів.

Термофотоелектричні комірки працюють за тими ж принципами, що і фотоелектричні комірки, за винятком того, що вони в електрику перетворюють інфрачервоне світло, що випромінюється гарячою поверхнею, а не видимим світлом. Термофотоелектричні комірки мають ефективність трохи вищу, ніж термоелектричні модулі (ТЕМ) і можуть бути накладеними одна на одну, потенційно збільшуючи ефективність. Системи з радіоізотопними генераторами, змодельовані електричними нагрівачами, продемонстрували ефективність 20 % , але ще не були випробувані радіоізотопами. Деякі теоретичні конструкції термофотоелектричних комірок мають ефективність до 30 %, але вони ще не побудовані або підтверджені. Термофотоелектричні комірки та кремнієві ТЕМ руйнуються швидше, ніж металеві ТЕМ, особливо за наявності іонізуючого випромінювання.

Динамічні генератори можуть забезпечити ККД ніж у чотири рази вищий за РТГ. NASA і DOE розробляють радіоізотопне джерело електроживлення нового покоління під назвою (РГС), який використовує вільно-поршневі двигуни Стірлінга, поєднані з лінійними генераторами для перетворення тепла в електрику. Прототипи РГС продемонстрували середню ефективність 23 %. Більша ефективність може бути досягнута за рахунок збільшення співвідношення температури між гарячим і холодним кінцями генератора. Використання безконтактних рухомих деталей, довговічних згинальних підшипників, а також середовищ, що не потребують змащування та герметично закритих, у випробувальних блоках за роки експлуатації не показали помітної деградації. Результати експериментів показують, що РГС може продовжувати працювати протягом десятиліть без обслуговування. Вібрацію можна усунути шляхом здійснення динамічного врівноваження або використання подвійного протилежного руху поршня. Потенційне застосування радіоізотопної енергетичної системи Стірлінга включає розвідувальні та наукові місії на глибину космосу, Марс та Місяць.

Безпека

image
Схема стопки модулів джерела тепла загального призначення, що використовуються в РІТЕГах

Крадіжка

Радіоактивні матеріали, що містяться в РТГ, небезпечні і навіть можуть використовуватися в зловмисних цілях. Їх складно використати для справжньої ядерної зброї, але їх можна застосувати у «брудній бомбі». Радянський Союз сконструював багато безекіпажних маяків та навігаційних маяків, що живляться від РТГ, використовуючи Стронцій-90 (90Sr). Вони дуже надійні і забезпечують постійне джерело живлення. Більшість, проте, не мають жодного захисту, навіть огорожі чи попереджувальних знаків, а місця розташування деяких із цих об'єктів більше не відомі через поганий облік даних. В одному випадку радіоактивні елементи були відкриті злодієм. В іншому випадку, троє лісників у регіоні Цаленджиха у Грузії знайшли два керамічні джерела тепла, які були позбавлені екранів; пізніше двоє з них були госпіталізовані із сильними радіаційними опіками після перенесення джерел на спині. Згодом ці елементи були вилучені та ізольовані. У Росії існує приблизно 1000 таких РТГ, всі вони вже давно перевищили свій десятирічний термін експлуатації. Більшість із цих РТГ, швидше за все, більше не функціонують, і, можливо, їх потрібно демонтувати. Деякі їх металеві оболонки були викрадені мисливцями за металами, незважаючи на ризик радіоактивного зараження.

Радіоактивне забруднення

РТГ становлять небезпеку радіоактивного забруднення: якщо контейнер з паливом просочиться, радіоактивний матеріал може забруднити навколишнє середовище.

Для космічних кораблів головна проблема полягає в тому, що якщо б аварія сталася під час запуску або наступного проходу космічного корабля поблизу від Землі, шкідливий матеріал може потрапити в атмосферу; тому їх використання в космічних апаратах та інших місцях викликало суперечки.

Однак ця подія не вважається вірогідною для сучасних конструкцій РТГ. Наприклад, дослідження впливу на навколишнє середовище для зонда Кассіні-Гюйгенс, розпочате в 1997 році, оцінило ймовірність аварій на забруднення на різних етапах місії. Ймовірність настання аварії, яка спричинила б викид радіоактивних речовин з одного або декількох його 3 РТГ (або з 129 радіоізотопних нагрівачів) протягом перших 3,5 хвилин після запуску оцінювалася в 1 на 1400; шанси витоку пізніше під час сходження на орбіту були 1 на 476; після цього ймовірність випадкового витоку речовин різко знизилася до менше ніж 1 на мільйон. Якщо б аварія, яка могла спричинити забруднення, сталася під час фаз запуску (наприклад, космічний корабель не вийшов на орбіту), ймовірність забруднення, яка насправді була викликана РТГ, оцінювалася приблизно в 1 на 10. Запуск пройшов успішно, і Кассіні-Гюйгенс досяг Сатурна .

Для мінімізації ризику викиду радіоактивного матеріалу паливо зберігається в окремих модульних агрегатах із власним теплозахистом. Вони оточені шаром металу іридію і укладені у високоміцні графітові блоки. Ці два матеріали є корозійними та жаростійкими. Графітові блоки оточує аерозольна оболонка, призначена для захисту всієї збірки від тепла, що повертається в земну атмосферу. Плутонієве паливо також зберігається в керамічній формі, яка є термостійкою, мінімізуючи ризик випаровування та аерозолізації. Кераміка також дуже нерозчинна.

Відомо декілька аварій з космічними кораблями на РТГ:

  1. Невдача запуску 21 квітня 1964 року, коли навігаційний супутник США Transit-5BN-3 не зміг вийти на орбіту і згорів при повторному заході в атмосферу на північ від Мадагаскару. 17 кКі (630 ТБк) металевого плутонієвого пального в його SNAP-9 РТГ були внесені в атмосферу в південній півкулі, де він згорів, і сліди плутонію-238 були виявлені в цьому районі через кілька місяців. Цей інцидент призвів до того, що Комітет з безпеки NASA почав вимагати, щоб у разі повторного входу в атмосферу РТГ не пошкоджувався, що, в свою чергу, вплинуло на конструкцію.
  2. Погодний супутник Nimbus B-1, ракетний апарат якого було навмисно знищено незабаром після запуску 21 травня 1968 року через нестабільну траєкторію. Запущений з бази ВПС Ванденберг, його РНП-19 РТГ, що містить відносно інертний діоксид плутонію, був вилучений неушкодженим з морського дна в протоці Санта-Барбара через п'ять місяців і не було виявлено забруднення навколишнього середовища.
  3. У 1969 р. не вдалося запустити першу місію «Місяцехода», через що певна кількість полонію-210 розпорошилася на великій території Росії.
  4. Невдача місії «Аполлон 13» у квітні 1970 р. означала, що місячний модуль знову повернувся в атмосферу, переносячи РТГ, і згорів над Фіджі. У ньому був РТГ SNAP-27, що містить 44,5 кКі (1 650 ТБк) діоксиду плутонію в графітовій оболонці у частині, яка пережила вхід в атмосферу Землі неушкодженою, як це й було задумано. Траєкторія була продумана так, щоб вона занурилася в 6-9 кілометрів води в жолобі Тонга в Тихий океан. Відсутність забруднення плутонію-238 при відборі проб атмосферної та морської води підтвердило припущення, що оболонка на морському дні є неушкодженою. Міністерство енергетики США провело випробування морської води та встановило, що графітова оболонка є стабільною і жодного викиду плутонію не повинно відбутися. Подальші дослідження не виявили збільшення випромінювання природного фону в цьому районі.
  5. Марс-96 був запущений Росією в 1996 році, але не зміг вийти з орбіти Землі і через кілька годин знову потрапив в атмосферу. Усього на двох РТГ на борту було 200 г плутонію. Передбачається, що вони пережили вхід у атмосферу, як це й було передбачено конструкцією. Вважається, що вони тепер лежать десь у овалі 320 км на 80 км і центром 32 км на схід від Ікіке, Чилі.
image
РТГ SNAP-27, який встановлюється космонавтами Аполлона-14, ідентичний тому, який був знищений на Аполлоні-13

Багато РТГ Beta-M, вироблені Радянським Союзом для живлення маяків, стали неконтрольованими джерелами радіації. Декілька з цих одиниць були незаконно демонтовані на металобрухт (в результаті чого було повне оголення джерела Sr-90), затонули в океан або мають несправне екранування через погану конструкцію або фізичні пошкодження. Програма кооперативного зменшення загрози Міністерства оборони США висловила стурбованість тим, що терористи можуть використовувати матеріали з РТГ Beta-M для побудови брудної бомби.

Порівняння з реакторами поділу ядра

РТГ і реактори поділу використовують дуже різні ядерні реакції.

Ядерні енергетичні реактори (включаючи мініатюрні, що використовуються в космосі) здійснюють контрольований ядерний поділ у ланцюговій реакції . Швидкість реакції можна контролювати за допомогою стрижнів, що поглинають нейтрони, тому потужність може змінюватись за потребою, також їх можна відключати (майже) цілком для обслуговування. Однак потрібно дбати про те, щоб уникнути неконтрольованої експлуатації при небезпечно високих рівнях потужності або навіть вибуху.

Ланцюгові реакції в РТГ не виникають. Тепло виробляється шляхом спонтанного радіоактивного розпаду з нерегульованою та стабільно зменшуваною швидкістю, що залежить лише від кількості ізотопу палива та його періоду напіврозпаду. У РТГ виробництво тепла не може змінюватись за необхідністю і його не можна вимкнути, коли він не потрібний, також неможливо заощадити більше енергії на майбутнє за рахунок зменшення споживання. Тому додаткові джерела живлення (наприклад, акумуляторні батареї) можуть знадобитися для задоволення пікового попиту, і необхідно постійно забезпечувати відповідне охолодження, включаючи етапи перед запуском та ранні польоти космічної місії. Серйозні випадки, такі як ядерний вибух, неможливі у РТГ, але все ж є ризик радіоактивного забруднення, якщо ракета вибухне, або пристрій розпадеться при поверненні в атмосферу.

Див також

Примітки

  1. . Архів оригіналу за 17 вересня 2016. Процитовано 16 серпня 2020.
  2. . Архів оригіналу за 17 вересня 2016. Процитовано 16 серпня 2020.
  3. Nuclear Battery-Thermocouple Type Summary Report (PDF). United States Atomic Energy Commission. 1 жовтня 1960.
  4. (PDF). Fusion Technology Institute, University of Wisconsin–Madison. Spring 2000. с. 21. Архів оригіналу (pdf lecture notes) за 15 вересня 2018. Процитовано 16 серпня 2020.
  5. Radioisotope Thermoelectric Generators. Bellona. 2 квітня 2005. Процитовано 13 червня 2016.
  6. Alaska fire threatens air force nukes,
  7. Nuclear-Powered Cardiac Pacemakers, LANL
  8. Nuclear pacemaker still energized after 34 years. 19 грудня 2007. Процитовано 14 березня 2019.
  10. Dennis Miotla, (Deputy Assistant Secretary for Nuclear Power Deployment, NASA) (21 квітня 2008). Assessment of Plutonium-238 Production Alternatives: Briefing for Nuclear Energy Advisory Committee (PDF).
  11. C. B. Chadwell and T. C. Elswick (24 вересня 1971). Neutron Emission Rate Reduction in PuO2 by Oxygen Exchange. Mound Laboratory Document MLM-1844.  4747800.
  12. See the Pu-238 heat sources fabricated at Mound, revised table: Carol Craig. (PDF). Mound Laboratory Document MLM-MU-82-72-0006. Архів оригіналу (PDF) за 16 August 2016.
  13. NASA Doesn't Have Enough Nuclear Fuel For Its Deep Space Missions. Ethan Siegel, Forbes. 13 December 2018.
  14. Plutonium supply for NASA missions faces long-term challenges. Jeff Foust. Space News, 10 October 2017.
  15. (PDF). Argonne National Laboratory. Архів оригіналу (PDF) за 10 березня 2012.
  16. Nell Greenfield-Boyce, Plutonium Shortage Could Stall Space Exploration, NPR, 28 September 2009, retrieved 2 November 2010
  17. Dr Major S. Chahal,, UK Space Agency, 9 February 2012, retrieved 13 November 2014.
  18. UK scientists generate electricity from rare element to power future space missions. . Процитовано 6 травня 2019.
  19. R.M. Ambrosi, et al., Nuclear and Emerging Technologies for Space (2012), retrieved 23 November 2014.
  20. Voyager Mission Operations Status Reports. Voyager.jpl.nasa.gov web. Процитовано 24 липня 2011.
  21. Spacecraft 'Nuclear Batteries' Could Get a Boost from New Materials. JPL News. Jet Propulsion Laboratory. 13 жовтня 2016. Процитовано 19 жовтня 2016.
  22. IAEA Bulletin Volume 48, No.1 – Remote Control: Decommissioning RTGs (PDF). Malgorzata K. Sneve. Процитовано 30 березня 2015.
  23. (PDF). Архів оригіналу (PDF) за 6 August 2003. Процитовано 10 жовтня 2009.
  24. Nuclear-powered NASA craft to zoom by Earth on Tuesday, CNN news report, 16 August 1999
  25. Top 10 Space Age Radiation Incidents. listverse.com. Процитовано 30 січня 2018.
  26. Transit. Encyclopedia Astronautica. Процитовано 7 травня 2013.
  27. The RTGs were returned to Mound for disassembly and the 238PuO2 microsphere fuel recovered and reused. A. Angelo Jr. and D. Buden (1985). Space Nuclear Power. Krieger Publishing Company. ISBN .
  28. Energy Resources for Space Missions. Space Safety Magazine. Процитовано 18 січня 2014.
  29. Mars 96 timeline, NASA

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет

Radioizotopnij termoelektrichnij generator RTG RITEG pristrij sho generuye elektroenergiyu iz tepla sho vidilyayetsya pri rozpadi radioaktivnogo materialu za rahunok efektu Zeebeka vikoristovuyuchi masiv termopar Takij generator ne maye ruhomih chastin Shema RITEGa yakij vikoristovuyetsya na zondi Kassini RITEGi vikoristovuyutsya yak dzherela zhivlennya v suputnikah kosmichnih zondah ta bezekipazhnih viddalenih ob yektah takih yak ryad mayakiv pobudovanih kolishnim Radyanskim Soyuzom vseredini Polyarnogo kola RTG zazvichaj ye najbazhanishim dzherelom zhivlennya dlya situacij bez tehnichnoyi pidtrimki v yakih potribno kilka soten vativ abo menshe energiyi dlya nastilki dovgogo chasu sho palivni elementi batareyi abo generatori stayut ekonomichno nevigidnimi i v miscyah de sonyachni batareyi ne ye praktichnimi Bezpechne vikoristannya RTG vimagaye zberigannya radioizotopiv dovgij chas pislya zakinchennya terminu ekspluataciyi pristroyu Dorogovizna RITEGiv yak pravilo obmezhuye yihnye vikoristannya nishevim zastosuvannya u ridkisnih abo osoblivih situaciyah IstoriyaGranula z 238PuO2 yaka vikoristovuyetsya v RTG dlya misij Kassini ta Galileo Foto bulo zrobleno pislya izolyaciyi granul pid grafitovoyu kovdroyu protyagom dekilkoh hvilin a potim znyattya kovdri Granula svititsya chervonim vid zharu cherez teplo otrimane pri radioaktivnomu rozpadi nasampered a Pochatkovij vihid 62 Vt RTG buv vinajdenij u 1954 roci vchenimi Mound Laboratories Kenom Dzhordanom ta Dzhonom Birdenom Yih bulo vneseno do Nacionalnoyi zali slavi vinahidnikiv u 2013 roci Dzhordan ta Birden pracyuvali nad kontraktom armijskogo signalnogo korpusu R 65 8 998 11 SC 03 91 pochinayuchi z 1 sichnya 1957 roku provodyachi doslidzhennya radioaktivnih materialiv ta termopar pridatnih dlya pryamogo peretvorennya tepla v elektrichnu energiyu vikoristovuyuchi Polonij 210 yak dzherelo tepla RTG buli rozrobleni u SShA naprikinci 1950 h rokiv Mound Laboratories u Mayamisburzi shtat Ogajo za kontraktom z Komisiyeyu z atomnoyi energiyi SShA Proektom keruvav doktor Bertram K Blanke Pershim RTG zapushenim u kosmos SShA buv SNAP 3B v 1961 roci sho pracyuvav na 96 gramah metalichnogo Plutoniyu 238 na bortu kosmichnogo korablya VMS Transit 4A Odne iz pershih nazemnih zastosuvan RTG bulo v 1966 roci koli VMS SShA vikoristovuvali jogo u bezlyudnomu ostrovi inshi movi na Alyasci RITEG vikoristovuvalis na cij dilyanci do 1995 roku Poshirenim zastosuvannyam RITEG ye zhivlennya kosmichnih aparativ Sistemi dlya dopomizhnogo yadernogo zhivlennya SNAP vikoristovuvalis dlya zondiv yaki podorozhuyut daleko vid Soncya sho robit sonyachni batareyi nedocilnimi Yak taki voni vikoristovuvalis u Pioner 10 Pioner 11 Voyadzher 1 Voyadzher 2 Galileo Ulis Kassini New Horizons ta naukovoyu laboratoriyeyu Marsa RTG buli vikoristani dlya zhivlennya dvoh spusknih aparativ Viking i dlya naukovih eksperimentiv zalishenih na Misyaci ekipazhami misij Apollon vid 12 do 17 SNAP 27s Oskilki misiya na Misyac Apollon 13 bula perervana jogo RTG znahoditsya v Pivdennomu Tihomu okeani v okolicyah zholoba Tonga RITEG takozh vikoristovuvalis dlya suputnikiv en Transit ta en Dlya porivnyannya lishe dekilka kosmichnih aparativ zapusheni z vikoristannyam povnocinnih yadernih reaktoriv radyanskoyi seriyi US A ta amerikanskoyi en Okrim kosmichnih korabliv Radyanskij Soyuz skonstruyuvav bagato bezekipazhnih ta navigacijnih mayakiv sho pracyuyut na RTG VVS Spoluchenih Shtativ vikoristovuyut RTG dlya zhivlennya stancij distancijnogo zonduvannya dlya radiolokacijnih sistem Top ROCC ta SEEK IGLOO roztashovanih perevazhno na Alyasci Ranishe v implantovanih sercevih kardiostimulyatorah vikoristovuvalis neveliki plutoniyevi klitini duzhe mali RTG sho pracyuyut na 238Pu shob zabezpechiti duzhe trivalij termin sluzhbi akumulyatora Stanom na 2004 rik blizko dev yanosta she vikoristovuvalis Na kinec 2007 roku bulo povidomleno pro lishe dev yat Programa Mound Laboratory Cardiac Pacemaker rozpochalasya 1 chervnya 1966 roku spilno z NUMEC Koli bulo viyavleno sho dzherelo tepla ne zalishatimutsya neushkodzhenimi pid chas kremaciyi programu bulo skasovano u 1972 r oskilki ne bulo mozhlivosti povnistyu zabezpechiti te shob agregati ne buli kremovani z organami svoyih koristuvachiv BudovaKonstrukciya RTG prosta za standartami yadernih tehnologij golovnij komponent micnij kontejner z radioaktivnim materialom palivom Termopari rozmishuyutsya v stinkah yemnosti zovnishnij kinec kozhnoyi termopari z yednanij z teplovidvodom Radioaktivnij rozpad paliva viroblyaye teplo Same riznicya temperatur mizh palivom ta radiatorom dozvolyaye termoparam viroblyati elektroenergiyu Termopara ce termoelektrichnij prilad yakij mozhe peretvoryuvati teplovu energiyu bezposeredno v elektrichnu energiyu vikoristovuyuchi efekt Zeebeka Vin vigotovlenij z dvoh vidiv metalu abo napivprovidnikiv yaki mozhut odnochasno provoditi elektriku Yaksho voni z yednani odin z odnim u zamknutomu koli i dva perehodi znahodyatsya pri riznij temperaturi v petli protikatime elektrichnij strum Zazvichaj velika kilkist termopar z yednuyutsya poslidovno dlya otrimannya bilsh visokoyi naprugi PalivoPerevirka RTG kosmichnogo aparata Kassini pered zapuskom New Horizons v zali zbirannya Kriteriyi viboru izotopiv Radioaktivnij material sho vikoristovuyetsya v RTG povinen mati dekilka harakteristik Jogo period napivrozpadu povinen buti dostatno dovgim dlya togo shob vin vivilnyav energiyu z vidnosno postijnoyu shvidkistyu protyagom rozumnoyi kilkosti chasu Kilkist energiyi sho vidilyayetsya za chas potuzhnist danoyi kilkosti materialu oberneno proporcijna periodu napivrozpadu Izotop iz podvoyenim periodom napivrozpadu i odnakovoyu energiyeyu rozpadu vivilnit energiyu z polovinoyu shvidkosti na mol Tipovij period napivrozpadu dlya radioizotopiv vikoristovuvanih u RTG stanovit dekilka desyatilit hocha izotopi z menshim periodom napivrozpadu mozhut vikoristovuvatisya dlya specializovanih zastosuvan Dlya vikoristannya u kosmichnomu poloti palivo povinno viroblyati veliku kilkist energiyi na masu ta ob yem gustina Gustina i vaga ne taki vazhlivi dlya nazemnogo vikoristannya yaksho nemaye obmezhen rozmiru inshi movi mozhna obchisliti yaksho vidoma energiya radioaktivnogo viprominyuvannya abo vtrata masi do i pislya radioaktivnogo rozpadu Vivilnennya energiyi na kilkist materialu sho rozpavsya proporcijne virobnictvu elektroenergiyi na mol Alfa rozpad zagalom vivilnyaye priblizno v desyat raziv bilshe energiyi nizh beta rozpad Stronciyu 90 abo Ceziyu 137 Viprominyuvannya povinne buti takogo tipu sho legko poglinayetsya ta transformuyetsya v teplove viprominyuvannya bazhano alfa viprominyuvannya Beta viprominyuvannya mozhe vidilyati znachnu kilkist gamma rentgenivskih promeniv cherez galmuvannya i otzhe vimagaye vazhkogo ekranuvannya Izotopi ne povinni viroblyati znachnu kilkist gamma nejtronnogo viprominyuvannya chi zagalom pronikayuchogo viprominyuvannya cherez inshi rezhimi rozpadu abo produkti radioaktivnogo ryadu Pershi dva kriteriyi obmezhuyut kilkist mozhlivih vidiv paliva do menshe nizh tridcyati atomnih izotopiv u vsij tablici nuklidiv Plutonij 238 kyurij 244 ta stroncij 90 najchastishe citovani izotopi kandidati ale inshi izotopi taki yak polonij 210 inshi movi cezij 137 cerij 144 inshi movi kobalt 60 kyurij 242 takozh buli vivcheni izotopi americiyu 241 ta tulij Material Ekranuvannya Gustina potuzhnosti Vt g Period napivrozpadu rokiv 238Pu Nizke 0 54 87 7 90Sr Visoke 0 46 28 8 210Po Nizke 140 0 378 241Am Serednye 0 114 432 238Pu Chas napivrozpadu Plutoniyu 238 stanovit 87 7 rokiv rozumna gustina potuzhnosti 0 57 Vt na gram ta vinyatkovo nizkij riven viprominyuvannya gamma ta nejtroniv 238Pu maye najnizhchi vimogi do ekranuvannya Lishe tri kandidatnih izotopi vidpovidayut ostannomu kriteriyu ne vsi pererahovani vishe ta potrebuyut menshe 25 mm svincevogo ekranuvannya dlya blokuvannya viprominyuvannya 238Pu najkrashomu z cih troh potribno menshe 2 5 mm i v bagatoh vipadkah ekranuvannya v RTG na 238Pu nepotribne oskilki sama obolonka ye dostatnoyu 238Pu stav najposhirenishim palivom dlya RTG u viglyadi oksidu IV plutoniyu PuO2 Odnak oksid plutoniyu IV sho mistit prirodnij nadlishok kisnyu vikidaye nejtroni zi shvidkistyu 23x103 n sek g plutoniyu 238 Cej koeficiyent vikidiv porivnyano visokij porivnyano zi shvidkistyu vikidu nejtroniv metalu plutoniyu 238 Metal sho ne mistit domishok legkih elementiv viprominyuye 2 8h103 n sek g plutoniyu 238 Ci nejtroni utvoryuyutsya pri spontannomu rozsheplenni plutoniyu 238 Riznicya v koeficiyentah vikidiv metalu ta oksidu obumovlena golovnim chinom alfa viprominennyam nejtronnoyu reakciyeyu z Oksigenom 18 ta Oksigenom 17 prisutnimi v oksidi Zvichajna kilkist Oksigenu 18 prisutnogo v prirodnomu viglyadi stanovit 0 204 a Oksigenu 17 0 037 Znizhennya koncentraciyi Oksigenu 17 ta Oksigenu 18 prisutnogo v dioksidi plutoniyu prizvede do znachno menshoyi shvidkosti vikidu nejtroniv dlya oksidu ce mozhe buti dosyagnuto metodom obminu gazovoyu fazoyu 16O2 Standartni virobnichi partiyi chastinok 238PuO2 osadzhenih u viglyadi gidroksidu buli vikoristani shob pokazati sho veliki virobnichi partiyi mozhut efektivno obminyuvatisya 16O2 na regulyarnij osnovi Znizhennya koeficiyenta vikidu nejtroniv PuO2 zi zvichajnim Oksigenom 16 v p yat raziv bulo viyavleno pid chas doslidzhennya kardiostimulyatoriv v Mound Laboratory v 1966 roci chastkovo zavdyaki dosvidu Mound Laboratory z virobnictva stabilnih izotopiv pochinayuchi z 1960 roku Dlya virobnictva velikih dzherel tepla neobhidne ekranuvannya bulo b nemozhlivim bez cogo procesu Na vidminu vid inshih troh izotopiv u comu rozdili 238Pu povinen buti specialno sintezovanij i ne v nayanosti yak yadernij vidhid V danij chas tilki Rosiya pidtrimuye ob yemne virobnictvo todi yak u SShA mizh 2013 ta 2018 rokami jogo bulo vigotovleno zagalom ne bilshe 50 gramiv Amerikanski agenciyi viyavlyali bazhannya rozpochati virobnictvo materialu zi shvidkistyu vid 300 do 400 gramiv na rik Yaksho b cej plan bulo profinansovano metoyu bulo b nalashtuvati avtomatizaciyu ta masshtabuvannya procesiv shob otrimuvati v serednomu 1 5 kg na rik do 2025 roku 90Sr Stroncij 90 vikoristovuvavsya Radyanskim Soyuzom u nazemnih RTG 90Sr rozpadayetsya shlyahom b rozpadu z neznachnim g vidilennyam Nezvazhayuchi na te sho jogo period napivrozpadu 28 8 rokiv i znachno korotshij nizh u 238Pu vin takozh maye menshu energiyu rozpadu z gustinoyu potuzhnosti 0 46 Vt na gram Oskilki vihid energiyi nizhchij vin takozh syagaye nizhchih temperatur nizh 238Pu sho prizvodit do znizhennya KKD RTG 90Sr ye visokoproduktivnim vidhodom yadernogo podilu i dostupnij u velikih kilkostyah za nizkoyu cinoyu 210 Ro Deyaki prototipi RTG vpershe pobudovani v 1958 roci Komisiyeyu z atomnoyi energiyi SShA vikoristovuvali polonij 210 Cej izotop zabezpechuye fenomenalnu gustinu potuzhnosti chistij 210Po viprominyuye 140 Vt g cherez visoku shvidkist rozpadu ale maye obmezhene vikoristannya cherez duzhe korotkij period napivrozpadu u 138 dniv Pivgramovij zrazok 210Po dosyagaye temperaturi ponad 500 C Oskilki Po 210 ye chistim alfa viprominyuvachem i ne viprominyuye znachnogo gamma chi rentgenivskih promeniv vimogi do ekranuvannya taki zh nizki yak i dlya Pu 238 241Am Americij 241 potencijnij izotop kandidat iz bilshim periodom napivrozpadu nizh 238Pu 241Am maye period napivrozpadu 432 roki i mozhe gipotetichno zhiviti pristrij protyagom stolit Odnak gustina potuzhnosti 241Am stanovit lishe 1 4 vid toyi sho maye 238Pu Takozh 241Am viroblyaye bilshe pronikayuchogo viprominyuvannya cherez produkti radioaktivnogo ryadu i potrebuye bilshogo ekranuvannya Vimogi do ekranuvannya v RTG ye tretimi najnizhchimi lishe 238Pu ta 210Po potrebuyut menshe Pri ninishnomu globalnomu deficiti 238Pu 241Am vivchayetsya ESA yak palivo dlya RTG a v 2019 roci Velikoyi Britaniyi ogolosila pro generaciyu korisnoyi elektroenergiyi Perevaga nad 238Pu polyagaye v tomu sho americij viroblyayetsya yak yaderni vidhodi i majzhe izotopno chistij Konstrukciyi prototipiv RTG na 241Am mayut proektovanu vihidnu potuzhnist 2 2 2 Vt kg dlya aparativ na 5 50 Vt sho stavit yih praktichno na odin riven z RTG na 238Pu v mezhah cogo diapazonu Trivalist ekspluataciyiRadyanski RTG sho pracyuyut na 90Sr u napivzrujnovanomu stani Bilshist RTG vikoristovuyut 238Pu yakij rozpadayetsya z periodom napivrozpadu 87 7 rokiv Takim chinom za 1 rik potuzhnist RTG sho vikoristovuyut cej material zmenshuvatimetsya z koeficiyentom k 1 0 5 1 87 7 displaystyle k 1 0 5 1 87 7 abo blizko 0 787 na rik Odnim iz prikladiv ye kilkasotvatnij RITEG sho vikoristovuyetsya zondami Voyadzher U 2000 roci cherez 23 roki pislya vigotovlennya radioaktivnij material vseredini RTG zmenshiv potuzhnist na 16 6 tobto stanoviv 83 4 vid pochatkovoyi pri pochatkovij potuzhnosti 470 Vt cherez cej promizhok chasu vona bula b uzhe lishe 392 Vt She odna iz prichin vtrati potuzhnosti v RTG Voyadzheriv ce pogirshennya vlastivostej bimetalichnih termopar sho vikoristovuyutsya dlya peretvorennya teplovoyi energiyi v elektrichnu RTG vidavali priblizno 67 vid yih zagalnoyi pochatkovoyi potuzhnosti zamist ochikuvanih 83 4 Na pochatok 2001 roku potuzhnist RTG na Voyadzherah znizilasya do 315 Vt dlya Voyadzher 1 ta do 319 Vt dlya Voyadzher 2 Bagatocilovij radioizotopnij termoelektrichnij generator NASA rozroblyaye bagatomisijnij radioizotopnij termoelektrichnij generator v yakomu termopari budut vigotovleni z skutteruditu arsenidu kobaltu CoAs3 yakij mozhe funkcionuvati z menshoyu rizniceyu temperatur nizh potochna konstrukciya na osnovi teluru Ce oznachatime sho RTG yakij u vsomu inshomu maye podibnu konstrukciyu generuye na 25 bilshe energiyi na pochatku misiyi i prinajmni na 50 bilshe pislya simnadcyati rokiv NASA spodivayetsya vikoristati konstrukciyu dlya nastupnoyi misiyi New Frontiers EfektivnistRTG vikoristovuyut termoelektrichni generatori dlya peretvorennya tepla vid radioaktivnogo materialu v elektriku Termoelektrichni moduli hocha i duzhe nadijni ta dovgovichni ale duzhe neefektivni KKD ponad 10 nikoli ne bula dosyagnuta a KKD bilshosti RTG stanovit vid 3 do 7 Do teperishnih kosmichnih puskiv termoelektrichni materiali vklyuchali splavi kremniyu germaniyu telurid svincyu ta teluridi surmi germaniyu ta sribla TAGS Buli provedeni doslidzhennya shodo pidvishennya efektivnosti vikoristannya inshih tehnologij dlya virobnictva elektroenergiyi z tepla Dosyagnennya bilshogo KKD oznachalo b menshe radioaktivnogo paliva neobhidnogo dlya virobnictva takoyi zh potuzhnosti a otzhe i menshu zagalnij vagu dlya generatora Ce kritichno vazhlivij faktor sho stosuyetsya vartosti zapusku kosmichnogo polotu Termoelektrichnij peretvoryuvach pristrij peretvorennya energiyi yakij spirayetsya na princip termoemisijnogo viprominyuvannya mozhe dosyagati KKD mizh 10 20 ale vimagaye bilsh visokih temperatur nizh ti pri yakih pracyuyut standartni RTG Deyaki prototipi RTG na 210Po vikoristovuvali termoemisiyu i mozhlivo inshi nadzvichajno radioaktivni izotopi takozh mogli zabezpechiti zhivlennya cim zasobom ale korotkij period napivrozpadu robit ce nezdijsnennim Kilka kosmichnih yadernih reaktoriv vikoristovuvali termoemisiyu ale yaderni reaktori zazvichaj zanadto vazhki dlya vikoristannya na bilshosti kosmichnih zondiv Termofotoelektrichni komirki pracyuyut za timi zh principami sho i fotoelektrichni komirki za vinyatkom togo sho voni v elektriku peretvoryuyut infrachervone svitlo sho viprominyuyetsya garyachoyu poverhneyu a ne vidimim svitlom Termofotoelektrichni komirki mayut efektivnist trohi vishu nizh termoelektrichni moduli TEM i mozhut buti nakladenimi odna na odnu potencijno zbilshuyuchi efektivnist Sistemi z radioizotopnimi generatorami zmodelovani elektrichnimi nagrivachami prodemonstruvali efektivnist 20 ale she ne buli viprobuvani radioizotopami Deyaki teoretichni konstrukciyi termofotoelektrichnih komirok mayut efektivnist do 30 ale voni she ne pobudovani abo pidtverdzheni Termofotoelektrichni komirki ta kremniyevi TEM rujnuyutsya shvidshe nizh metalevi TEM osoblivo za nayavnosti ionizuyuchogo viprominyuvannya Dinamichni generatori mozhut zabezpechiti KKD nizh u chotiri razi vishij za RTG NASA i DOE rozroblyayut radioizotopne dzherelo elektrozhivlennya novogo pokolinnya pid nazvoyu RGS yakij vikoristovuye vilno porshnevi dviguni Stirlinga poyednani z linijnimi generatorami dlya peretvorennya tepla v elektriku Prototipi RGS prodemonstruvali serednyu efektivnist 23 Bilsha efektivnist mozhe buti dosyagnuta za rahunok zbilshennya spivvidnoshennya temperaturi mizh garyachim i holodnim kincyami generatora Vikoristannya bezkontaktnih ruhomih detalej dovgovichnih zginalnih pidshipnikiv a takozh seredovish sho ne potrebuyut zmashuvannya ta germetichno zakritih u viprobuvalnih blokah za roki ekspluataciyi ne pokazali pomitnoyi degradaciyi Rezultati eksperimentiv pokazuyut sho RGS mozhe prodovzhuvati pracyuvati protyagom desyatilit bez obslugovuvannya Vibraciyu mozhna usunuti shlyahom zdijsnennya dinamichnogo vrivnovazhennya abo vikoristannya podvijnogo protilezhnogo ruhu porshnya Potencijne zastosuvannya radioizotopnoyi energetichnoyi sistemi Stirlinga vklyuchaye rozviduvalni ta naukovi misiyi na glibinu kosmosu Mars ta Misyac BezpekaShema stopki moduliv dzherela tepla zagalnogo priznachennya sho vikoristovuyutsya v RITEGah Kradizhka Radioaktivni materiali sho mistyatsya v RTG nebezpechni i navit mozhut vikoristovuvatisya v zlovmisnih cilyah Yih skladno vikoristati dlya spravzhnoyi yadernoyi zbroyi ale yih mozhna zastosuvati u brudnij bombi Radyanskij Soyuz skonstruyuvav bagato bezekipazhnih mayakiv ta navigacijnih mayakiv sho zhivlyatsya vid RTG vikoristovuyuchi Stroncij 90 90Sr Voni duzhe nadijni i zabezpechuyut postijne dzherelo zhivlennya Bilshist prote ne mayut zhodnogo zahistu navit ogorozhi chi poperedzhuvalnih znakiv a miscya roztashuvannya deyakih iz cih ob yektiv bilshe ne vidomi cherez poganij oblik danih V odnomu vipadku radioaktivni elementi buli vidkriti zlodiyem V inshomu vipadku troye lisnikiv u regioni Calendzhiha u Gruziyi znajshli dva keramichni dzherela tepla yaki buli pozbavleni ekraniv piznishe dvoye z nih buli gospitalizovani iz silnimi radiacijnimi opikami pislya perenesennya dzherel na spini Zgodom ci elementi buli vilucheni ta izolovani U Rosiyi isnuye priblizno 1000 takih RTG vsi voni vzhe davno perevishili svij desyatirichnij termin ekspluataciyi Bilshist iz cih RTG shvidshe za vse bilshe ne funkcionuyut i mozhlivo yih potribno demontuvati Deyaki yih metalevi obolonki buli vikradeni mislivcyami za metalami nezvazhayuchi na rizik radioaktivnogo zarazhennya Radioaktivne zabrudnennya RTG stanovlyat nebezpeku radioaktivnogo zabrudnennya yaksho kontejner z palivom prosochitsya radioaktivnij material mozhe zabrudniti navkolishnye seredovishe Dlya kosmichnih korabliv golovna problema polyagaye v tomu sho yaksho b avariya stalasya pid chas zapusku abo nastupnogo prohodu kosmichnogo korablya poblizu vid Zemli shkidlivij material mozhe potrapiti v atmosferu tomu yih vikoristannya v kosmichnih aparatah ta inshih miscyah viklikalo superechki Odnak cya podiya ne vvazhayetsya virogidnoyu dlya suchasnih konstrukcij RTG Napriklad doslidzhennya vplivu na navkolishnye seredovishe dlya zonda Kassini Gyujgens rozpochate v 1997 roci ocinilo jmovirnist avarij na zabrudnennya na riznih etapah misiyi Jmovirnist nastannya avariyi yaka sprichinila b vikid radioaktivnih rechovin z odnogo abo dekilkoh jogo 3 RTG abo z 129 radioizotopnih nagrivachiv protyagom pershih 3 5 hvilin pislya zapusku ocinyuvalasya v 1 na 1400 shansi vitoku piznishe pid chas shodzhennya na orbitu buli 1 na 476 pislya cogo jmovirnist vipadkovogo vitoku rechovin rizko znizilasya do menshe nizh 1 na miljon Yaksho b avariya yaka mogla sprichiniti zabrudnennya stalasya pid chas faz zapusku napriklad kosmichnij korabel ne vijshov na orbitu jmovirnist zabrudnennya yaka naspravdi bula viklikana RTG ocinyuvalasya priblizno v 1 na 10 Zapusk projshov uspishno i Kassini Gyujgens dosyag Saturna Dlya minimizaciyi riziku vikidu radioaktivnogo materialu palivo zberigayetsya v okremih modulnih agregatah iz vlasnim teplozahistom Voni otocheni sharom metalu iridiyu i ukladeni u visokomicni grafitovi bloki Ci dva materiali ye korozijnimi ta zharostijkimi Grafitovi bloki otochuye aerozolna obolonka priznachena dlya zahistu vsiyeyi zbirki vid tepla sho povertayetsya v zemnu atmosferu Plutoniyeve palivo takozh zberigayetsya v keramichnij formi yaka ye termostijkoyu minimizuyuchi rizik viparovuvannya ta aerozolizaciyi Keramika takozh duzhe nerozchinna Vidomo dekilka avarij z kosmichnimi korablyami na RTG Nevdacha zapusku 21 kvitnya 1964 roku koli navigacijnij suputnik SShA Transit 5BN 3 ne zmig vijti na orbitu i zgoriv pri povtornomu zahodi v atmosferu na pivnich vid Madagaskaru 17 kKi 630 TBk metalevogo plutoniyevogo palnogo v jogo SNAP 9 RTG buli vneseni v atmosferu v pivdennij pivkuli de vin zgoriv i slidi plutoniyu 238 buli viyavleni v comu rajoni cherez kilka misyaciv Cej incident prizviv do togo sho Komitet z bezpeki NASA pochav vimagati shob u razi povtornogo vhodu v atmosferu RTG ne poshkodzhuvavsya sho v svoyu chergu vplinulo na konstrukciyu Pogodnij suputnik Nimbus B 1 raketnij aparat yakogo bulo navmisno znisheno nezabarom pislya zapusku 21 travnya 1968 roku cherez nestabilnu trayektoriyu Zapushenij z bazi VPS Vandenberg jogo RNP 19 RTG sho mistit vidnosno inertnij dioksid plutoniyu buv viluchenij neushkodzhenim z morskogo dna v protoci Santa Barbara cherez p yat misyaciv i ne bulo viyavleno zabrudnennya navkolishnogo seredovisha U 1969 r ne vdalosya zapustiti pershu misiyu Misyacehoda cherez sho pevna kilkist poloniyu 210 rozporoshilasya na velikij teritoriyi Rosiyi Nevdacha misiyi Apollon 13 u kvitni 1970 r oznachala sho misyachnij modul znovu povernuvsya v atmosferu perenosyachi RTG i zgoriv nad Fidzhi U nomu buv RTG SNAP 27 sho mistit 44 5 kKi 1 650 TBk dioksidu plutoniyu v grafitovij obolonci u chastini yaka perezhila vhid v atmosferu Zemli neushkodzhenoyu yak ce j bulo zadumano Trayektoriya bula produmana tak shob vona zanurilasya v 6 9 kilometriv vodi v zholobi Tonga v Tihij okean Vidsutnist zabrudnennya plutoniyu 238 pri vidbori prob atmosfernoyi ta morskoyi vodi pidtverdilo pripushennya sho obolonka na morskomu dni ye neushkodzhenoyu Ministerstvo energetiki SShA provelo viprobuvannya morskoyi vodi ta vstanovilo sho grafitova obolonka ye stabilnoyu i zhodnogo vikidu plutoniyu ne povinno vidbutisya Podalshi doslidzhennya ne viyavili zbilshennya viprominyuvannya prirodnogo fonu v comu rajoni Mars 96 buv zapushenij Rosiyeyu v 1996 roci ale ne zmig vijti z orbiti Zemli i cherez kilka godin znovu potrapiv v atmosferu Usogo na dvoh RTG na bortu bulo 200 g plutoniyu Peredbachayetsya sho voni perezhili vhid u atmosferu yak ce j bulo peredbacheno konstrukciyeyu Vvazhayetsya sho voni teper lezhat des u ovali 320 km na 80 km i centrom 32 km na shid vid Ikike Chili RTG SNAP 27 yakij vstanovlyuyetsya kosmonavtami Apollona 14 identichnij tomu yakij buv znishenij na Apolloni 13 Bagato RTG Beta M virobleni Radyanskim Soyuzom dlya zhivlennya mayakiv stali nekontrolovanimi dzherelami radiaciyi Dekilka z cih odinic buli nezakonno demontovani na metalobruht v rezultati chogo bulo povne ogolennya dzherela Sr 90 zatonuli v okean abo mayut nespravne ekranuvannya cherez poganu konstrukciyu abo fizichni poshkodzhennya Programa kooperativnogo zmenshennya zagrozi Ministerstva oboroni SShA vislovila sturbovanist tim sho teroristi mozhut vikoristovuvati materiali z RTG Beta M dlya pobudovi brudnoyi bombi Porivnyannya z reaktorami podilu yadra RTG i reaktori podilu vikoristovuyut duzhe rizni yaderni reakciyi Yaderni energetichni reaktori vklyuchayuchi miniatyurni sho vikoristovuyutsya v kosmosi zdijsnyuyut kontrolovanij yadernij podil u lancyugovij reakciyi Shvidkist reakciyi mozhna kontrolyuvati za dopomogoyu strizhniv sho poglinayut nejtroni tomu potuzhnist mozhe zminyuvatis za potreboyu takozh yih mozhna vidklyuchati majzhe cilkom dlya obslugovuvannya Odnak potribno dbati pro te shob uniknuti nekontrolovanoyi ekspluataciyi pri nebezpechno visokih rivnyah potuzhnosti abo navit vibuhu Lancyugovi reakciyi v RTG ne vinikayut Teplo viroblyayetsya shlyahom spontannogo radioaktivnogo rozpadu z neregulovanoyu ta stabilno zmenshuvanoyu shvidkistyu sho zalezhit lishe vid kilkosti izotopu paliva ta jogo periodu napivrozpadu U RTG virobnictvo tepla ne mozhe zminyuvatis za neobhidnistyu i jogo ne mozhna vimknuti koli vin ne potribnij takozh nemozhlivo zaoshaditi bilshe energiyi na majbutnye za rahunok zmenshennya spozhivannya Tomu dodatkovi dzherela zhivlennya napriklad akumulyatorni batareyi mozhut znadobitisya dlya zadovolennya pikovogo popitu i neobhidno postijno zabezpechuvati vidpovidne oholodzhennya vklyuchayuchi etapi pered zapuskom ta ranni poloti kosmichnoyi misiyi Serjozni vipadki taki yak yadernij vibuh nemozhlivi u RTG ale vse zh ye rizik radioaktivnogo zabrudnennya yaksho raketa vibuhne abo pristrij rozpadetsya pri povernenni v atmosferu Div takozhRadiacijna stijkist Malij modulnij reaktor BRITEG Beta voltayikaPrimitki Arhiv originalu za 17 veresnya 2016 Procitovano 16 serpnya 2020 Arhiv originalu za 17 veresnya 2016 Procitovano 16 serpnya 2020 Nuclear Battery Thermocouple Type Summary Report PDF United States Atomic Energy Commission 1 zhovtnya 1960 PDF Fusion Technology Institute University of Wisconsin Madison Spring 2000 s 21 Arhiv originalu pdf lecture notes za 15 veresnya 2018 Procitovano 16 serpnya 2020 Radioisotope Thermoelectric Generators Bellona 2 kvitnya 2005 Procitovano 13 chervnya 2016 Alaska fire threatens air force nukes Nuclear Powered Cardiac Pacemakers LANL Nuclear pacemaker still energized after 34 years 19 grudnya 2007 Procitovano 14 bereznya 2019 Dennis Miotla Deputy Assistant Secretary for Nuclear Power Deployment NASA 21 kvitnya 2008 Assessment of Plutonium 238 Production Alternatives Briefing for Nuclear Energy Advisory Committee PDF C B Chadwell and T C Elswick 24 veresnya 1971 Neutron Emission Rate Reduction in PuO2 by Oxygen Exchange Mound Laboratory Document MLM 1844 4747800 See the Pu 238 heat sources fabricated at Mound revised table Carol Craig PDF Mound Laboratory Document MLM MU 82 72 0006 Arhiv originalu PDF za 16 August 2016 NASA Doesn t Have Enough Nuclear Fuel For Its Deep Space Missions Ethan Siegel Forbes 13 December 2018 Plutonium supply for NASA missions faces long term challenges Jeff Foust Space News 10 October 2017 PDF Argonne National Laboratory Arhiv originalu PDF za 10 bereznya 2012 Nell Greenfield Boyce Plutonium Shortage Could Stall Space Exploration NPR 28 September 2009 retrieved 2 November 2010 Dr Major S Chahal UK Space Agency 9 February 2012 retrieved 13 November 2014 UK scientists generate electricity from rare element to power future space missions Procitovano 6 travnya 2019 R M Ambrosi et al Nuclear and Emerging Technologies for Space 2012 retrieved 23 November 2014 Voyager Mission Operations Status Reports Voyager jpl nasa gov web Procitovano 24 lipnya 2011 Spacecraft Nuclear Batteries Could Get a Boost from New Materials JPL News Jet Propulsion Laboratory 13 zhovtnya 2016 Procitovano 19 zhovtnya 2016 IAEA Bulletin Volume 48 No 1 Remote Control Decommissioning RTGs PDF Malgorzata K Sneve Procitovano 30 bereznya 2015 PDF Arhiv originalu PDF za 6 August 2003 Procitovano 10 zhovtnya 2009 Nuclear powered NASA craft to zoom by Earth on Tuesday CNN news report 16 August 1999 Top 10 Space Age Radiation Incidents listverse com Procitovano 30 sichnya 2018 Transit Encyclopedia Astronautica Procitovano 7 travnya 2013 The RTGs were returned to Mound for disassembly and the 238PuO2 microsphere fuel recovered and reused A Angelo Jr and D Buden 1985 Space Nuclear Power Krieger Publishing Company ISBN 0 89464 000 3 Energy Resources for Space Missions Space Safety Magazine Procitovano 18 sichnya 2014 Mars 96 timeline NASA

Дата публікації:
Топ