Производството на гориво за космически кораби с плутоний може да се увеличи в началото на 2020 -те

Производство на плутоний-238

Публично-частното партньорство, ръководено от компанията Technical Solutions Management, има за цел да произвежда гориво за космически кораби плутоний-238, за да допълни производствените усилия, които вече са започнати в Министерството на енергетиката на САЩ (показано тук). (Изображение кредит: Национална лаборатория Oak Ridge)



Производството на гориво за ядрени космически кораби , понастоящем намаляващ ресурс, може да премине в овърдрайв в началото на 2020 -те.

Публично-частното партньорство, ръководено от компания, наречена Technical Solutions Management (TSM), има за цел да започне да генерира използваеми количества плутоний-238 (Pu-238)-материалът, който захранва изследователите на дълбокия космос като роувъра на НАСА Curiosity Mars и New Horizons Pluto сонда - до 2022 г. или така.

Този новооткрит проект ще допълни, а не ще замести усилията за производство на Pu-238, които се извършват в момента в Министерството на енергетиката на САЩ (DOE), каза изпълнителният директор на TSM Били Шип. [ САЩ произвеждат плутоний-238 за изследване на дълбокия космос (видео) ]



Работата на TSM „би могла да установи излишък в производството на плутоний; това би могло потенциално да увеличи капацитета, ако мисиите на [НАСА] се нуждаят от увеличен капацитет и в резултат на това би могло да сведе до минимум програмния риск като цяло за космическата програма “, казва Шип, бивш директор на Националната инженерно -екологична лаборатория на DOE (сега известен като Айдахо Националната лаборатория или INL), каза пред demokratija.eu.

Проучване с ядрена енергия

Pu-238 е ключовата съставка в радиоизотопните термоелектрически генератори (RTG), които преобразуват в електричество топлината, произведена от радиоактивните вещества, когато естествено се разпада в уран-234.

Повечето от емблематичните планетарни мисии на НАСА през десетилетията зависят от RTG, включително близнака Сонди Вояджър 1 и Вояджър 2 , кацащите на Марс Viking 1 и Viking 2 и орбиталния апарат Cassini Saturn.



Съединените щати произвеждаха Pu-238, необходим за такива космически кораби, на площадката на река Савана на DOE в Южна Каролина, като издънка на оръжейната работа на съоръжението. (Pu-238 не е a материал за производство на бомби , но неговият близък братовчед Pu-239 е.)

Тази производствена линия е прекратена през 1988 г., тъй като Студената война спира. САЩ започнаха да купуват Pu-238 от Русия през 1992 г., но получиха последната си пратка от Москва през 2010 г. Оттогава запасите в САЩ се свиват; Разпределението на НАСА сега е до около 77 паунда. (35 килограма), само половината от които могат да се използват в сегашното си състояние, заявиха служители на агенцията (макар че останалите биха могли да бъдат повишени до степен, като се смесят с новопроизводствения Pu-238).

Настоящият RTG дизайн на НАСА, известен като многомисионен радиоизотопен термоелектрически генератор, изисква 10,6 паунда. (4,8 кг) Pu-238. Така че в момента САЩ имат достатъчно Pu-238, за да захранват само три или четири дълбококосмически мисии. [Ядрени генератори захранват космическите сонди на НАСА (инфографика)]

Рестартиране на Pu-238-два пъти?



Но усилията да се избегне недостиг на ядрено гориво са в ход.

DOE наскоро започна a нова производствена програма Pu-238 , която произвежда проба от 1,8 унции (50 грама) от материала в Националната лаборатория на Оук Ридж (ORNL) в Тенеси в края на 2015 г. Ако всичко върви по план, този тръбопровод трябва да започне да изхвърля сумата, която НАСА е поискала- 3.3 lbs. (1,5 кг) Pu-238 всяка година-до 2023 г., заявиха представители на DOE.

Производството на TSM би допълнило това на DOE, каза Шип.

Компанията публично представи плановете си преди няколко седмици на конференцията „Ядрени и нововъзникващи технологии за космоса 2017“ в Орландо, Флорида, но проектът е в процес на работа от няколко години.

„Ние направихме този проект много тихо, защото просто не искахме да имаме публични изявления, докато не получихме ниво на увереност, че организации от този калибър могат да застанат зад“, каза Шип.

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)

Организациите, за които той спомена, са ключовите партньори в новите усилия за производство на Pu-238: Canadian Nuclear Laboratories (CNL), Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) на DOE и Ontario Power Generation (OPG), корпорация, собственост на правителството на Онтарио .

Ето как ще работи. PNNL е разработила нова технология за производство на „мишени“ от нептуний-237, каза Шип. Тези цели ще бъдат изпратени до лабораториите на CNL в Chalk River Laboratories в Онтарио, където ще бъдат сглобени в снопове реактори. След това тези снопове ще отидат в реактора на Дарлингтън на OPG, където ще бъдат облъчени, за да генерират плутоний-238. След това пакетите ще се върнат в CNL за разглобяване и химическа обработка. (Плутониевият тръбопровод на DOE е подобно сложен, включващ ORNL, INL и Националната лаборатория в Лос Аламос в Ню Мексико.)

Реакторите OPG вече генерират кобалт-60, който се използва за стерилизация на хирургично и медицинско оборудване. Така че производството на търговски изотопи не е чужда концепция, каза Шип.

„В това няма известни шоустопъри, така че сме силно уверени както от регулаторната, така и от техническата база, че това ще продължи напред“, каза той.

Всъщност топката се търкаля по проекта, който се управлява от TSM. (TSM също лицензира PNNL технологията.) Две нептуний-237 цели са построени и те са поставени в реактор с CNL за квалификационни цели този месец, каза Шип. Едната цел ще остане в продължение на 90 дни, а другата ще остане в продължение на 300 дни, добави той.

Следващата фаза на проекта - която екипът има за цел да започне към края на тази година, ако може да събере достатъчно финансиране - включва квалифициране на пакетите реактори. След това проектът ще разработи и демонстрира цялостна 'технологична схема' на производството на Pu-238 от началото до края, каза Шип.

Ако всичко върви по план, усилията, ръководени от TSM, биха могли да бъдат в производство още през 2022 г. Процесът е проектиран да направи 11 lbs. (5 кг) Pu-238 годишно, въпреки че добивите могат да се удвоят, ако клиентът желае, каза Шип.

Този клиент вероятно ще бъде DOE (и в крайна сметка НАСА), каза той, главно защото нептуний-237, необходим за постигане на целите, идва от федералното правителство на САЩ. Shipp също очаква да си сътрудничи до известна степен с общата производствена стратегия.

„Нашето желание е да имаме напълно интегрирана мисия плутоний-238 за DOE, от която сме само част“, ​​каза той.

Освен че ще направи производствената система Pu-238 по-здрава, усилията, ръководени от TSM, биха могли да помогнат на нацията да възстанови запасите си от ядрено гориво, потенциално да даде възможност за увеличаване на планетарните проучвания по пътя, добави Шип.

„Нашата космическа програма е динамична програма“, каза Шип. „Ние сме наистина готови да помогнем на програмата за нейното развитие.“ [ 10 -те най -големи научни мисии на НАСА ]

Говори с НАСА

Шип каза, че екипът му е обсъдил плановете си с НАСА неофициално. Официалните дискусии трябва да започнат скоро, добави той; групата планира да внесе предложение за финансиране в DOE и НАСА, за да помогне за плащането за Фаза 2 на своя проект (квалификация на пакетите).

Ако приемем, че настоящите производствени усилия на DOE продължават по план, НАСА няма да се сблъска с недостиг на Pu-238 скоро, каза Дейвид Шър, заместник-директор на подразделението за космическа агенция 'Планетарни науки'.

„Това е очевидно достатъчно до 2030 г.“, каза Шур пред demokratija.eu. (Той отказа да прогнозира по-нататък в бъдещето, като каза, че все още не се знае достатъчно за плановете на НАСА след 2030 г.)

Schurr изрази теоретична подкрепа за добавянето на друг играч към тръбопровода Pu-238: „Наличието на други източници на реактори е добро нещо“, каза той. Но той подчерта, че DOE, а не НАСА, отговаря за производството на плутоний и следователно ще носи основна отговорност за оценката на всяко предложение от групата TSM.

„В края на деня търся евтини начини да си свърша работата“, каза Шур. 'Така че, ако DOE казва, че им харесва, значи ме интересува.'

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