Enden på NASAs plutoniummangel kan være i sikte. Mandag 18. marsth, Kunngjorde NASAs sjef for planetariske vitenskapsdivisjon Jim Green at produksjonen av Plutonium-238 (Pu-238) av USAs energidepartement (DOE) for tiden er i testfasene som fører til en omstart av fullskala produksjon.
"Ved slutten av kalenderåret har vi en fullstendig plan fra energidepartementet om hvordan de vil være i stand til å tilfredsstille kravet vårt på 1,5 til 2 kg i året." Green sa på de 44th Lunar and Planetary Science Conference blir holdt i Woodlands, Texas den siste mandagen.
Denne nyheten kommer ingen for tidlig. Vi har skrevet tidligere om den forestående Plutonium-mangelen og konsekvensene det har for fremtidig utforskning av dyp rom. Solenergi er tilstrekkelig i de fleste tilfeller når du utforsker det indre solsystemet, men når du drar utover asteroidebeltet, trenger du atomkraft for å gjøre det.
Produksjon av isotopen Pu-238 var en heldig konsekvens av den kalde krigen. Først produsert av Glen Seaborg i 1940, produseres våpenklassens isotop av plutonium (-239) via bombardering av neptunium (som i seg selv er et forfallsprodukt av uran-238) med nøytroner. Bruk den samme målisotopen av Neptunium-237 i en hurtigreaktor, og Pu-238 er resultatet. Pu-238 produserer 280 ganger ganger forfallets varme ved 560 watt per kilo mot våpenkvalitet Pu-239 og er ideell som en kompakt energikilde for utforskning av dyp rom.
Siden 1961 er over 26 amerikanske romfartøyer blitt lansert som fører Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generators (MMRTG, eller tidligere bare RTG) som kraftkilder og har utforsket alle planter bortsett fra Merkur. RTG-er ble brukt av Apollo Lunar Surface Experimental Package (ALSEP) vitenskapelige nyttelaster som astronautene på Månen hadde igjen, og Cassini, Mars Curiosity og New Horizons går ut for å utforske Pluto i juli 2015 er alle kjernefysiske.
Plutoniumdrevne RTG-er er bare teknologi som vi i dag bruker, som kan utføre utforskning av dyp plass. NASAs Juno-romfartøy vil være den første til å nå Jupiter i 2016 uten bruk av en atomdrevet RTG, men det vil trenge å ansette 3 enorme 2,7 x 8,9 meter solcellepaneler for å gjøre det.
Problemet er at plutoniumproduksjonen i USA opphørte i 1988 med slutten av den kalde krigen. Hvor mye Plutonium-238 NASA og DOE har lagret er klassifisert, men det har blitt spekulert i at det på det meste har nok for ett mer stort Flag Ship Class-oppdrag og kanskje et lite oppdrag for speiderklassen. Når plutonium-239 er produsert, er det ingen prosessering av den ønskede Pu-238-isotopen. Plutoniumet som for tiden driver nysgjerrighet over overflaten av Mars ble kjøpt fra russerne, og den kilden ble avsluttet i 2010. New Horizons er utstyrt med en ekstra MMRTG som ble bygget for Cassini, som ble lansert i 1999.
Som en ekstra bonus overgår plutoniumdrevne oppdrag ofte forventningene også. For eksempel hadde romfartøyet Voyager 1 & 2 en opprinnelig oppdragstid på fem år og forventes nå å fortsette langt inn i det femte tiåret med drift. Mars Curiosity lider ikke av spørsmålene om "støvete solcellepaneler" som plaget Spirit og Opportunity og kan fungere gjennom den lange marsvinteren. Forresten, selv om åndene og mulighetene ikke var kjernefysisk drevet, de gjorde bruker bittesmå pellets av plutoniumoksid i leddene for å holde seg varme, så vel som radioaktivt curium for å gi nøytronkilder i deres spektrometre. Det er til og med mulig at all fremmed intelligens snubler over de fem romskipene som unnslipper solsystemet vårt (Pioneer 10 & 11, Voyagers 1 & 2, og New Horizons) kan tenkes å datere sin avgang fra Jorden ved å måle forfallet til deres plutoniumkraftkilde. (Pu-238 har en halveringstid på 87,7 år og forfaller etter hvert etter overgang gjennom en lang rekke datterisotoper til bly-206).
Den nåværende produksjonskjøringen av Pu-238 vil bli utført på Oak Ridge National Laboratory (ORNL) ved å bruke sin High Flux Isotope Reactor (HFIR). “Gamle” Pu-238 kan også gjenopplives ved å legge nyprodusert Pu-238 til den.
"For hver 1 kilo gjenopplever vi virkelig to kilo av det eldre plutoniumet ved å blande det ... det er en kritisk del av prosessen vår å kunne utnytte vår eksisterende forsyning med den energitettheten vi ønsker det," sa Green til en ny undersøkelsesplanlegging fra Mars komité.
Fortsatt kan full målproduksjon på 1,5 kilo per år være litt tid. For kontekst bruker Mars-rover Curiosity 4,8 kilo Pu-238, og New Horizons inneholder 11 kilo. Ingen oppdrag til de ytre planetene har forlatt Jorden siden lanseringen av nysgjerrighet i november 2011, og det neste oppdraget som sannsynligvis skal sporte en RTG, er den foreslåtte Mars 2020-roveren. Ideer på tegnebrettet som en lander på Titan-sjøen og et Jupiter Icy Moons-oppdrag ville alle være kjernefysiske.
Sammen med ny plutoniumproduksjon planlegger NASA å ha to nye RTG-er kalt Advanced Stirling Radioisotope Generators (ASRGs) tilgjengelig innen 2016. Selv om det er mer effektivt, kan det hende at ASRG ikke er bestandig være det valgte apparatet. For eksempel bruker Curiosity sin MMRTG spillvarme for å holde instrumenter varme via Freon-sirkulasjon. Nysgjerrigheten måtte også lufte av spillvarme produsert av 110-watt generatoren mens den koopererte opp i sitt aero-skall på vei til Mars.
Og selvfølgelig er det de ekstra forholdsreglene som følger med å sette i gang en kjernefysisk nyttelast. Presidenten i USA måtte melde seg av på lanseringen av Curiosity fra Florida Space Coast. Lanseringen av Cassini, New Horizons og Curiosity trakk alle sammen en spredning av demonstranter, og det samme gjør alt kjernefysisk relatert. Husk at kullfyrte kraftverk produserer radioaktivt polonium, radon og thorium som et uønsket biprodukt daglig.
Nevnte lanseringer er ikke uten farer, om enn med risikoer som kan avbøtes og styres. En av de mest beryktede romrelaterte atomulykkene skjedde tidlig i det amerikanske romfartsprogrammet med tapet av en RTG-utstyrt Transit-5BN-3-satellitt utenfor kysten av Madagaskar like etter oppskytningen i 1964. Og da Apollo 13 måtte abortere og tilbake til jorden, ble astronautene henvist til å grøft Vannmannen Landingsmodul sammen med atomdrevne vitenskapelige eksperimenter ment for overflaten av månen i Stillehavet nær øya Fiji. (De forteller deg ikke at i filmen) Man lurer på om det ville være kostnadseffektivt å “gjenoppstå” denne RTG fra havbunnen for et fremtidig romoppdrag. På tidligere kjernefysisk utstyrte lanseringer som New Horizons, plasserte NASA sjansen for en "lanseringsulykke som kan frigjøre plutonium" ved 350 til 1 mot Selv den skjermede RTG er "overkonstruert" for å overleve en eksplosjon og påvirkning med vannet.
Men risikoen er verdt gevinsten når det gjelder nye funn av solsystemet. I en modig ny fremtid for romutforskning gir gjenoppstart av plutoniumproduksjon til fredelige formål oss håp. For å omskrive Carl Sagan, er romfart en av de beste bruksområdene for kjernefysisk fisjon som vi kan tenke på!
