Konec Nasinega pomanjkanja plutonija je morda na vidiku. V ponedeljek, 18. marcath, Vodja Nasinega oddelka za planetarne vede Jim Green je sporočil, da je proizvodnja plutonija-238 (Pu-238) s strani Ministrstva za energijo Združenih držav Amerike (DOE) trenutno v testnih fazah, ki vodijo do ponovnega zagona proizvodnje v celotnem obsegu.
"Do konca koledarskega leta bomo imeli od ministrstva za energijo celoten načrt o tem, kako bodo lahko izpolnili naše potrebe 1,5 do 2 kilograma na leto." Green je rekel pri 44-ihth Konferenca o lunarni in planetarni znanosti, ki je minuli ponedeljek potekala v Woodlandsu v Teksasu.
Ta novica ne prihaja kmalu. Prej smo pisali o bližnjem pomanjkanju plutonija in posledicah, ki jih ima za prihodnje raziskovanje globokega vesolja. Sončna moč je v večini primerov primerna, ko raziskujete notranji sončni sistem, ko pa se odpravite izven asteroidnega pasu, za to potrebujete jedrsko energijo.
Proizvodnja izotopa Pu-238 je bila srečna posledica hladne vojne. Najprej ga je leta 1940 izdelal Glen Seaborg, orožni razred izotopa plutonija (-239) nastaja z bombardiranjem neptunija (ki je sam produkt razpada urana-238) z nevtroni. V hitrem reaktorju uporabite isti ciljni izotop Neptunium-237 in rezultat je Pu-238. Pu-238 proizvaja 280x-krat večjo toploto razpada pri 560 vatov na kilogram v primerjavi z orožjem razreda Pu-239 in je idealen kot kompakten vir energije za raziskovanje v vesolju.
Od leta 1961 je bilo začetih več kot 26 ameriških vesoljskih plovil, ki so kot vir energije v večnamenskih radioizotopskih termoelektričnih generatorjih (MMRTG ali prej RTG) raziskovali vsak planet razen Merkura. RTG-ji so bili uporabljeni v Svetovalnem paketu eksperimentalnih eksperimentov Apollo (ALSEP), ki so jih astronavti na Luni zapustili, Cassini, Mars Curiosity in New Horizons pa raziskujejo Pluton julija 2015, vsi pa so jedrski.
RTG-ji s pogonom na plutonij so samo tehnologija, ki jo trenutno uporabljamo, ki lahko izvaja globinsko raziskovanje vesolja. Nasino vesoljsko plovilo Juno bo prvič prišlo na Jupiter leta 2016 brez uporabe RTG z jedrskim pogonom, vendar bo za to potrebovalo 3 ogromne sončne panele 2,7 x 8,9 metra.
Težava je v tem, da je proizvodnja plutonija v ZDA prenehala leta 1988 s koncem hladne vojne. Koliko zalog NASA in DOE je imel Pluton-238, ugibalo pa se je, da ima kvečjemu dovolj za še eno veliko misijo razreda Flag Ship in morda majhno misijo skavtskega razreda. Poleg tega, ko je izdelan plutonij-239 orožja, ga ne želite ponovno obdelati želenega izotopa Pu-238. Pluton, ki trenutno uporablja Curiosity čez površino Marsa, je bil kupljen od Rusov, ta vir pa se je končal leta 2010. New Horizons je opremljen z rezervnim MMRTG, ki je bil zgrajen za Cassini, ki je bil predstavljen leta 1999.
Kot dodaten bonus misije s plutonijem pogosto presegajo tudi pričakovanja. Na primer, vesoljsko plovilo Voyager 1 in 2 je prvotno trajalo pet let, zdaj pa naj bi nadaljevalo tudi v svojem petem desetletju delovanja. Mars Curiosity ne trpi zaradi "prašnih sončnih panelov", ki pestijo Duha in priložnost in lahko delujejo skozi dolgo marsovsko zimo. Mimogrede, medtem ko veslači Spirit in Opportunity niso bili jedrski, so jih storila zaposlujejo drobne kroglice plutonijevega oksida v svojih sklepih, da ostanejo tople, in radioaktivni kurij za zagotavljanje nevtronskih virov v svojih spektrometrih. Mogoče je celo, da se katera koli vesoljska inteligenca spotakne na pet vesoljskih plovil, ki pobegnejo iz našega osončja (Pioneer 10 in 11, Voyagers 1 in 2, New Horizons), da bi bilo mogoče datirati svoj odhod z Zemlje z merjenjem razpada njihovega plutonijevega vira energije. (Pu-238 ima razpolovno dobo 87,7 let in na koncu razpade po prehodu skozi dolgo vrsto hčerinskih izotopov v svinec-206).
Trenutni proizvodni postopek Pu-238 bo izveden v Nacionalnem laboratoriju Oak Ridge (ORNL) z uporabo njegovega visokotočnega izotopskega reaktorja (HFIR). "Stari" Pu-238 lahko oživite tudi tako, da vanj dodate na novo izdelani Pu-238.
"Na vsak 1 kilogram resnično oživimo dva kilograma starejšega plutonija z mešanjem ... To je ključni del našega procesa, da lahko izkoristimo svojo obstoječo zalogo v gostoti energije, kot jo želimo," je Green povedal za nedavno načrtovanje raziskovanja Marsa komite.
Kljub temu pa bo morda polna ciljna proizvodnja 1,5 kilograma na leto nekaj prostega časa. Za ozadje Mars rover Curiosity porabi 4,8 kilograma Pu-238, New Horizons pa 11 kilogramov. Od lansiranja Curiosityja novembra 2011 nobena misija na zunanje planete ni zapustila Zemlje. Naslednja misija, ki bo verjetno RTG, je predlagani rover Mars 2020. Zamisli na risalni plošči, kot so posedanje jezera v Titanu in misija Jupiter Icy Moons, bi bili vsi jedrski.
Poleg nove proizvodnje plutonija NASA načrtuje, da bodo do leta 2016. na voljo dva nova RTG-ja, ki so jih poimenovali Advanced Stirling Radioisotope Generatorji (ASRG). Čeprav bo ASRG učinkovitejši, morda ne bo nenehno biti naprava po izbiri. Curiosity na primer uporablja svojo odpadno toploto MMRTG za ohranjanje toplih instrumentov s freonovim obtokom. Radovednost je morala odvajati tudi odpadno toploto, ki jo je proizvedel 110-vatni generator, medtem ko se je ohlajevala v svoji letalski školjki do Marsa.
In seveda so tu dodani previdnostni ukrepi, ki prihajajo z uvedbo jedrske koristne obremenitve. Predsednik ZDA se je moral odpraviti na izlet Curiosityja s vesoljske obale Floride. Začetek Cassinija, New Horizons in Curiosity je vse skupaj povzročil raztresenje protestnikov, prav tako vse kar je povezano z jedrsko energijo. Ni važno, da elektrarne na premog vsak dan proizvajajo radioaktivni polonij, radon in torij kot neželen stranski proizvod.
Omenjena izstrelitve niso brez nevarnosti, čeprav s tveganji, ki jih je mogoče omiliti in obvladati. Ena najbolj razvpitih vesoljskih jedrskih nesreč se je zgodila že v ameriškem vesoljskem programu z izgubo satelita Transit-5BN-3, opremljenega z RTG, ob obali Madagaskarja kmalu po izstrelitvi leta 1964. In ko je Apollo 13 moral splaviti in ko se vrnejo na Zemljo, so astronavti napotili, da se odstranijo Vodnar Pristaniški modul skupaj z njegovimi jedrskimi znanstvenimi poskusi, namenjenimi površini Lune v Tihem oceanu blizu otoka Fidži. (Ne povedo vam da v filmu) Nekdo se sprašuje, ali bi bilo stroškovno učinkovito oživiti ta RTG z oceanskega dna za prihodnjo vesoljsko misijo. Na prejšnjih jedrsko opremljenih lansiranjih, kot so New Horizons, je NASA postavila možnost "izstrelitvene nesreče, ki bi lahko pustila plutonij" pri 350 do 1 proti. Tudi takrat je zaščiten RTG "preoblikovan" za preživetje eksplozije in udarcev z vodo.
Tveganje pa je vredno pridobiti v smislu novih odkritij osončja. V pogumni novi prihodnosti raziskovanja vesolja nam ponovno zagon proizvodnje plutonija v miroljubne namene daje upanje. Če parafraziramo Carla Sagana, je vesoljsko potovanje ena najboljših uporab jedrske cepitve, ki si jih lahko omislimo!
