Plutooniumi jõul kosmosesse - NASA tuumapatareid saavad rohkem jõudu

 (4)

Raadioisotoopide termoelektrigeneraatorid (RTG) on andnud energiat NASA kosmosealuste "kapoti all" juba 1961. aastast alates, nendega lendavad Päikesesüsteemi välimise piiri suunas Voyagerid ja Pioneerid, nagu ka terve rida muid kosmoseaparaate, mis liiguvad tähesüsteemi tagumistes osades.

Nüüd tuli NASA aga välja uue põlvkonna RTG-ga, mis töötati välja Californias, Pasadenas asuvas reaktiivtõukejõu laboratooriumis (Jet Propulsion Laboratory), uue põlvkonna RTG nimi saab küll olema veidi pikem - parandatud multiotstarbeline raadioisotoobi termoelektrigeneraator (Enhanced Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator, eMMRTG), kasutades ära koobaltarseniidimineraalide - skutterudites ((Co,Ni)As3 või ka (Co,Ni,Fe)As3) - omadusi.

Tegemist on mineraalidega, mis juhivad elektrit nagu metall, aga kuumenevad nagu klaas ja suudavad taluda märgatavalt suurt pinget. Klaas ise isoleerib hästi, kuid ei juhi elektrit, koobalt on aga hea elektrijuht, kuid kuumeneb üle. Seega pidi NASA leidma ühendeid, mis sisaldavad mõlemaid omadusi. Ja JPL pakkus välja lahenduse, mis oleks kasutatav mitte ainult kosmoselendudel vaid kasvõi autode üleliigse kuumuse muutmisel elektrienergiaks.

Seotud lood:

RTG on elektrigeneraator, mis kasutab termoelementide abil ära radioaktiivse materjali lagunemisel eralduvat kuumust, et nn Seebecki efekti kasutades elektrit toota. RT generaatoris pole ühtki liikuvat osa.

RTG leiutajateks olid 1954. aastal Moundi laboratooriumi teadlased Ken Jordan ja John Birden, kes pääsesid sellega ka leidurite kõigi aegade "kuulsuste halli" 2013. aastast. Nad töötasid algselt USA armee, hiljem aatomienergia komitee tellimusel, et leida radioaktiivseid materjale, mis võimaldaks konverteerida kuumust elektrienergiaks, algselt kasutades poloonium-210 (210Po ) isotoope. Selle poolestusaeg on küll vaid 138,4 päeva, ehk pikaajalist kasutust ei võimalda.

Esimene RTG saadeti kosmosesse 1961. aastal satelliidiga Navy Transit 4A, aparaadile andis energiat küll juba 96 grammi isotoopi plutoonium-238 (238Pu), mille poolestusaeg on 87,7 aastat. Maa peal kasutati samasuguseid RTG-sid Alaskas USA mereväe asustamata baasis Fairway Rock 1966-1995.

Kuna tegemist on väga pika poolestusajaga isotoopidega, leiti plutooniumkütusega RTG-dele eriti palju rakendust kosmosevallutusel, andes energiat nii Pioneer 10 ja 11, Voyager 1 ja 2, Galileo, Ulyssese, Cassini, New Horizonsi ja Mars Science Laboratory (ehk nagu meie seda tunneme - marsikulgur Curiosity) pardal, viimases küll on plutooniumi vaid neli grammi.

RTG-d andsid jõudu ka Marsil asuvatele Viking-maanduritele ja ka aparaatidele, mis Apollo 12 kuni 17 meeskondade poolt Kuu peale jäeti. Apollo 13 küüdis olnud RTG lebab aga praegu Vaikse ookeani põhjas, Tonga süvikus. RTG-sid on kasutatud ka satelliitide sees. Probleemiks on aga olnud plutoonium-238 tootmine, mille varud vahepeal lausa otsa hakkasid saama.

Loe veel

RTGsid ei anna küll võrrelda ehtsate tuumareaktoritega, mis andsid jõudu nõukogude RORSAT seeriale ja USA SNAP-10A missioonile - tehiskaaslaste pardal.

NSV Liit valmistas omi RTG-sid, kasutades ära isotoopi strontsium-90 (90Sr) , poolestumisajaga 28,8 aastat, et hoida töös eraldatud kohtades paiknevaid majakaid. Paraku kujutasid need ka suurt ohtu keskkonnale, sest lekkisid ja neid ka varastati. Gruusias said kolm metsatöölist 2002. aastal ränga kiirgusdoosi kui sattusid metallikrattide poolt kestast välja võetud RTG kütuse otsa, sarnaseid intsidente on tänaseks kirjas juba vähemalt 22. Venemaal arvestatakse praegu ligemale tuhande RTG-ga, mille eluiga on ammu ületatud, aga nende likvideerimine on raske, sest nende üle puudub tegelik kontroll.

USA õhujõud kasutavad RTG-sid oma isoleeritud jaamades Alaskas. Kuid veel kummalisem on, et pisikesi plutooniumelemente (ülipisikesi RTG-sid) on 1966-1972 kasutatud ka südamestimulaatorites ja veel tosin aastat tagasi oli neist 90 ikka veel kasutusel. Põhjus, miks projekt lõpetati, polnud mitte selles, et nad oleks inimesele tõsiseks kiirgusohuks osutunud, vaid selles, et nad ei põlenud ära inimese kremeerimisel pärast surma ja muutusid siis keskkonnaohuks.

Kuid skutterudites-RTG-d suudavad toota rohkem elektrienergiat kui senised eelkäijad, lausa 25 protsenti rohkem kui Curiosity pardal asuv RTG. Ühend ka laguneb aeglasemalt kui seniste RTG-de termoelementides kasutatavad telluriid-sulamid. Kui arvestada tavalise RTG elueaks 17 aastat, oleks uutes generaatorites selle aja möödudes 50 protsenti rohkem rammu.

Curiosity RTG sisldab küll vaid neli grammi radioaktiivset plutooniumi.https://www.extremetech.com

Niisiis, paistab, et vahetamisele läheb termoelementide materjal, mitte RTG-de sisemuses paiknev radioaktiivne kütus. Uusi RTG-sid hakatakse küll alles testima 2017-2018.