Пълномащабно производство на гориво за космически кораби с плутоний все още години напред

Изображение за производство на плутоний-238

Националната лаборатория на Oak Ridge на Министерството на енергетиката в Тенеси започна производството на плутоний-238, но пълномащабното производство на гориво за космически кораби не се очаква най-рано до 2023 г. (Изображение кредит: Национална лаборатория Oak Ridge)



САЩ започнаха производство на гориво за ядрени космически кораби за първи път от едно поколение, но пълното производство на нещата е все още на седем години.



През декември служители на Националната лаборатория Oak Ridge на Министерството на енергетиката (DOE) в Тенеси обявиха, че изследователите на обекта са генерирали проба от 1,8 унции (50 грама) плутоний-238, горивото, което захранва космически мисии като Сондата Плутон на НАСА 'Нови хоризонти' и орбиталния апарат на Касини Сатурн.

Основният момент бележи първото вътрешно производство на Pu-238, откакто обектът на река Савана в Южна Каролина, друго съоръжение на DOE, спря да произвежда горивото в края на 80-те години. Но Oak Ridge все още е на етапа на доказване на концепцията при рестартирането и затова ще минат няколко години, преди лабораторията да започне да изхвърля големи количества Pu-238, казаха служители. [ САЩ произвеждат плутоний-238 за изследване на дълбокия космос (видео) ]



„Това, за което стреляме, е да достигнем до междинно ниво на производство от около 400 до 500 грама [14 до 18 унции] годишно през 2019 г., а след това в пълномащабно състояние, килограм и половина [3,3 фунта]-ако всичко върви както трябва-през 2023 г. “, каза миналия месец Боб Уам, ръководител на проекта Pu-238 в отдела за ядрена сигурност и изотопни технологии в Оук Ридж, по време на презентация пред работната група на НАСА за бъдещи космически операции (FISO).

Мощност в дълбокия космос

Плутоний-238 е основната съставка в радиоизотопните термоелектрически генератори (RTG), които превръщат в електричество значителната топлина, излъчвана от радиоактивния Pu-238, когато естествено се разпада на уран-234.

Повече от 50 години RTG са източник на енергия за мисии, които пътуват достатъчно далеч от слънцето, за да направят слънчевите панели непрактични. Някои известни примери включват космическите сонди на НАСА „Вояджър 1“ и „Вояджър 2“, които стартираха през 1977 г. и наскоро изследваха крайните външни области на Слънчевата система. (Вояджър 1 действително достигна междузвездното пространство през 2012 г.)



От началото на 60-те до края на 80-те години на миналия век, Пу-238, необходим за подобни мисии, е направен в обекта на река Савана, като издънка на програмата за производство на оръжия на съоръжението. (Плутоний-238 не се използва за производство на ядрени оръжия, но неговият близък братовчед, плутоний-239-който съдържа още един неутрон в ядрото си, отколкото Pu-238-е обикновен материал за производство на бомби .)

Река Савана престана да произвежда Pu-238 през 1988 г., тъй като Студената война приключи. През 1992 г. САЩ започнаха да купуват нещата от Русия, но последната такава чуждестранна пратка беше получена през 2010 г. Оттогава американските магазини на Pu-238 намаляват.

Повече от 50 години НАСА



Повече от 50 години роботизираните космически сонди на НАСА носят ядрени батерии. Вижте как работят тук.(Изображение кредит: Карл Тейт, сътрудник на demokratija.eu)

Страната в момента има само 77 кг. (35 кг) от горивото на космическия кораб е останало и само около половината от тези запаси са подходящи за производство на електроенергия в съществуващо състояние (макар че останалите биха могли да се използват, като се смесят с новоизработения Pu-238, заявиха представители на DOE.) [Ядрени генератори захранват дълбоко космическите сонди на НАСА (инфографика)]

RTG като този, който захранва НАСА Марсоход Curiosity използвайте 10,6 паунда. (4,8 кг) Pu-238, така че в момента има достатъчно неща за захранване на може би още три такива космически мисии, заявиха представители на DOE.

Поради това дейностите, които се извършват в Oak Ridge, са предназначени да предотвратят a възможен недостиг и да поддържаме космически кораби на НАСА да пътуват през дълбокия космос в продължение на десетилетия. Представители на НАСА са казали 3.3 кг. (1,5 кг) нови Pu-238 годишно би трябвало да са достатъчни, за да задоволят нуждите на агенцията.

Производство на ядрено гориво

Както можете да очаквате, производството на Pu-238 е сложно. Първо, екипът на Oak Ridge получава пратки с радиоактивен нептуний-237 от Националната лаборатория на Айдахо (INL), друго съоръжение на DOE.

След това инженерите обработват нептуния в „цели“, които се взривяват с лъчи неутрони в един от двата ядрени реактора в Оук Ридж, каза Уам. Това създава Pu-238, който след това се обработва химически и се изпраща до трето място на DOE, Националната лаборатория в Лос Аламос в Ню Мексико.

Персоналът на Лос Аламос допълнително обработва нещата, създавайки капсулирани „пелети“, които след това се изпращат до INL за интеграция в RTG. Електрическите системи се тестват на площадката в Айдахо и ако всичко е наред, те се изпращат до космическия център на НАСА Кенеди във Флорида, за да бъдат подготвени за изстрелване.

Рестартирането на производството на Pu-238 обаче не е стигнало до последните няколко стъпки; Oak Ridge все още измисля най -добрия начин за производство и обработка на плутоний . Екипът не може просто да копира това, което беше направено на река Савана по време на Студената война, защото съоръженията са доста различни.

Например, ядрените реактори, които Oak Ridge има на разположение, са доста малки, с широчина около 55-галон (208 литра) барабан, каза Уам. (Използването на съоръженията в Савана не е опция, добави той; реакторите в Савана, които някога са произвеждали Pu-238, са затворени.)

Екипът за рестартиране също изпробва нова техника за обработка, която разчита на екстракция с разтворител, за разлика от обменните колони, каза Уам. Река Савана определи извличането на разтворители като добър начин за намаляване както на разходите, така и на отпадъците още през 1977 г., но така и не прие техниката, добави той.

„Тогава за тях просто не беше толкова важно да направят това, защото това беше малка част от цялостната мисия за производство на плутоний за оръжия“, каза Уам по време на разговора на FISO. „Ние приехме това [извличане на разтворители] като нещо като наша базова линия, защото искаме да намалим оперативните разходи и да намалим отпадъците.“

Топката се търкаля

Колелата на рестарта на Pu-238 се въртят. В крайна сметка Oak Ridge вече е произвел малко плутоний и лабораторията изпрати две малки проби (по 0,2 унции или 5 грама всяка) в Лос Аламос по -рано тази година, каза Уам.

Ще отнеме значително време и усилия, за да се валидират всички включени процедури и да се постигне пълна скорост. Например, екипът в момента тества начин за увеличаване на добивите и значително намаляване на броя на необходимите „мишени“ на нептуний-237, като използва чисти пелети от нептуниев оксид, облечени в циркониева сплав, за разлика от смес от нептуниев оксид-алуминий.

„Вероятно ще минат още година и половина, преди да имаме достатъчно информация, за да вземем решение дали това си струва да се преследва и да се разшири обхвата на целевия дизайн“, каза Уам.

Но екипът трябва да може да започне да произвежда исканите от НАСА 3.3 кг. (1,5 кг) Pu-238 годишно до 2023 г., ако всичко върви добре, каза Уам. И това производство трябва да продължи безкрайно, при условие че волята и финансирането не изчезнат, добави той; нацията складира стотици килограми нептуний-237 по време на Студената война.

„Можем да произвеждаме нов плутоний-238 за много дълго време с настоящото количество материал, с който разполагаме“, каза Уам.

Следвайте Майк Уол в Twitter @michaeldwall и Google+ . Последвай ни @Spacedotcom , Facebook или Google+ . Първоначално публикувано на demokratija.eu .