Enden på NASAs plutoniummangel er muligvis i syne. Mandag den 18. martsth, NASAs planlægningsvidenskabsafdelingschef Jim Green annoncerede, at produktionen af Plutonium-238 (Pu-238) af det amerikanske energiministerium (DOE) i øjeblikket er i testfaserne, der fører frem til en genstart af fuldskalaproduktion.
”Ved udgangen af kalenderåret har vi en komplet plan fra Energiministeriet om, hvordan de vil være i stand til at opfylde vores krav på 1,5 til 2 kg om året.” Green sagde på 44th Lunar- og planetarisk videnskabskonference afholdes i Woodlands, Texas den seneste mandag.
Denne nyhed kommer ingen for tidligt. Vi har tidligere skrevet om den forestående Plutonium-mangel og de konsekvenser, det har for fremtidig udforskning af dybe rum. Solenergi er tilstrækkelig i de fleste tilfælde, når du udforsker det indre solsystem, men når du vove dig ud over asteroidebæltet, har du brug for kernekraft for at gøre det.
Produktionen af isotopen Pu-238 var en heldig konsekvens af den kolde krig. Først produceret af Glen Seaborg i 1940 produceres våbenkvalitetsisotopen af plutonium (-239) via bombardering af neptunium (som i sig selv er et henfaldsprodukt af uran-238) med neutroner. Brug den samme målisotop af Neptunium-237 i en hurtig reaktor, og Pu-238 er resultatet. Pu-238 producerer 280x gange forfaldsvarmen ved 560 watt pr. Kilogram i forhold til våbenkvalitet Pu-239 og er ideel som en kompakt energikilde til udforskning af dybt rum.
Siden 1961 er der blevet lanceret over 26 amerikanske rumfartøjer, der bærer Multi-Mission Radioisoto Termoelektriske generatorer (MMRTG, eller tidligere simpelthen RTG) som strømkilder og har udforsket enhver planet undtagen Merkur. RTG'er blev brugt af Apollo Lunar Surface Experimental Package (ALSEP) videnskabelig nyttelast, som astronauterne på Månen efterlod, og Cassini, Mars Curiosity og New Horizons kører ud for at udforske Pluto i juli 2015 er alle atomdrevne.
Plutonium-drevne RTG'er er kun teknologi, som vi i øjeblikket har i brug, og som kan udføre dyb rumforskning. NASAs Juno-rumfartøj vil være den første, der når Jupiter i 2016 uden brug af en nukleare-drevet RTG, men det bliver nødt til at ansætte 3 enorme 2,7 x 8,9 meter solcellepaneler for at gøre det.
Problemet er, at produktionen af plutonium i USA ophørte i 1988 med afslutningen af den kolde krig. Hvor meget Plutonium-238 NASA og DOE har oplagret er klassificeret, men det er blevet spekuleret i, at det højst har nok til en mere stor Flag Ship-klasse-mission og måske en lille spejderklassemission. Når først våbenkvalitet plutonium-239 er fremstillet, er der ingen genbehandling af den ønskede Pu-238-isotop. Plutoniet, der i øjeblikket driver nysgerrighed over Mars's overflade, blev købt af russerne, og den kilde sluttede i 2010. New Horizons er udstyret med en ekstra MMRTG, der blev bygget til Cassini, som blev lanceret i 1999.
Som en ekstra bonus overgår plutoniumdrevne missioner ofte også forventningerne. For eksempel havde rumfartøjet Voyager 1 & 2 en oprindelig missionstid på fem år og forventes nu at fortsætte langt ind i deres femte årti af operationen. Mars nysgerrighed lider ikke under emnerne om ”støvede solcellepaneler”, der plagede Ånd og mulighed og kan fungere gennem den lange Marsvinter. I øvrigt, selvom åndene og muligheden rovers ikke var nukleare drevet, de gjorde anvender små pellets af plutoniumoxid i deres samlinger for at forblive varme såvel som radioaktivt curium for at tilvejebringe neutronkilder i deres spektrometre. Det er endda meget muligt, at al fremmed intelligens snubler over de fem rumfartøjer, der slipper ud af vores solsystem (Pioneer 10 & 11, Voyagers 1 & 2, og New Horizons) kunne tænkes at datere deres afgang fra Jorden ved at måle forfaldet af deres plutonium-strømkilde. (Pu-238 har en halveringstid på 87,7 år og nedbrydes til sidst efter overgangen gennem en lang række datterisotoper til bly-206).
Den nuværende produktionskørsel af Pu-238 vil blive udført på Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ved hjælp af sin High Flux Isotope Reactor (HFIR). “Gamle” Pu-238 kan også genoplives ved at tilføje nyproduceret Pu-238 til den.
"For hver 1 kg genopligner vi virkelig to kg af det ældre plutonium ved at blande det ... det er en kritisk del af vores proces at være i stand til at udnytte vores eksisterende forsyning med den energitetthed, vi ønsker det," fortalte Green i en nylig Mars-efterforskningsplanlægning udvalg.
Stadig kan fuld målproduktion på 1,5 kg pr. År være nogen tid fri. For sammenhæng bruger Mars rover Curiosity 4,8 kg Pu-238, og New Horizons indeholder 11 kg. Ingen missioner til de ydre planeter har forladt Jorden siden lanceringen af nysgerrighed i november 2011, og den næste mission, der sandsynligvis vil sporte en RTG, er den foreslåede Mars 2020-rover. Idéer til tegnebrættet, som f.eks. En landende lander i Titan-søen og en Jupiter Icy Moons-mission, ville alle være atomdrevne.
Sammen med ny produktion af plutonium planlægger NASA at have to nye RTG'er, der kaldes Advanced Stirling Radioisotope Generators (ASRGs) tilgængelige inden 2016. Mens mere effektiv er ASRG muligvis ikke altid være den valgte enhed. For eksempel bruger Curiosity sin MMRTG-spildvarme til at holde instrumenterne varme via Freon-cirkulation. Nysgerrighed måtte også udlufte spildvarme, der blev produceret af 110-watt generatoren, mens den samledes op i dens aero-skal, der er på vej til Mars.
Og selvfølgelig er der de ekstra forhåndsregler, der følger med lanceringen af en nuklear nyttelast. De Forenede Staters præsident måtte tilmelde sig lanceringen af nysgerrighed fra Florida Space Coast. Lanceringen af Cassini, New Horizons og Curiosity trak alle sammen en spredning af demonstranter, ligesom hvad som helst nukleart relateret. Husk ikke, at kulfyrede kraftværker producerer radioaktivt polonium, radon og thorium som et uønsket biprodukt dagligt.
Nævnte lanceringer er ikke uden farer, omend med risici, der kan afhjælpes og styres. En af de mest berygtede rumrelaterede atomulykker fandt tidligt i det amerikanske rumprogram med tab af en RTG-udstyret Transit-5BN-3 satellit ud af Madagaskars kyst kort efter lanceringen i 1964. Og da Apollo 13 måtte afbryde og vender tilbage til Jorden, blev astronauterne rettet til at grøfte Vandmanden Landingsmodul sammen med dets nukleare drevne videnskabelige eksperimenter beregnet til månens overflade i Stillehavet nær øen Fiji. (De fortæller dig ikke at i filmen) Man spekulerer på, om det ville være omkostningseffektivt at ”genoplive” denne RTG fra havbunden til en fremtidig rummission. Ved tidligere nukleære udstyr, som New Horizons, placerede NASA chancen for en "lanceringsulykke, der kunne frigive plutonium" ved 350 til 1 mod Selv den afskærmede RTG er "overkonstrueret" til at overleve en eksplosion og påvirkning med vandet.
Men risikoen er gevinsten værd med hensyn til nye opdagelser af solsystemet. I en modig ny fremtid med rumudforskning giver genstart af plutoniumproduktion til fredelige formål os håb. For at parafrasere Carl Sagan er rumrejser en af de bedste anvendelser af nuklear fission, som vi kan tænke på!
