Wir laufen von Kernbrennstoff, dass Befugnisse Raumfahrt

Rosettas Lander dauerte nur 60 Stunden auf einem Kometen, nachdem es in den dunklen Schatten eines Felsens prallte wo seine Solarzellen nicht des Fahrzeugs Antrieb konnte. Warum tragen keine zuverlässige Stromquelle, sagen eine nukleare Batterie wie eine, die unfehlbar Voyager jahrzehntelang genährt hat? Es ist eine einfache Frage mit einer faszinierenden Antwort, eine, die mit dem kalten Krieg beginnt und endet mit der Zukunft des Weltraums.

In Sachen Raumfahrt Plutonium-238 ist die perfekte Kraftstoff: langlebig und, wie ich später erklären werde relativ sicher. Ohne sie, wir haben keine Hoffnung gehen viel weiter als Mars, nach denen einfach zu dunkel auf Sonnenkollektoren angewiesen wird, die am weitesten verbreitete alternative Stromquelle im Raum. Aber die Welt läuft schnell aus Plutonium-238. Weil wir aufgehört haben, Atomwaffen.

Ursprung des Kalten Krieges

Plutonium-238, Sie sehen, ist ein Nebenprodukt der Herstellung von Plutonium-239, besser bekannt als die wichtigste Zutat in Kernwaffen. Während des Kalten Krieges, die den Wettlauf geboren, war dies eine eher günstige Tatsache. Die Savannah River Site in South Carolina, die Plutonium-239 aus für Bomben auch Plutonium-238 für Satelliten und Raumsonden herausstellte. Nachdem Savannah River in den 1980er Jahren (nur als eine ökologische Katastrophe verweilen) heruntergefahren, begann NASA Plutonium-238 aus Russland zu kaufen.

NASA hat seit Pellets von Plutonium-238 auf die beiden Voyager-Sonden, die Neugier Rover auf dem Mars, und mehrere andere Raumsonden, die Erforschung der äußeren Dunkelheit erreicht unseres Sonnensystems geschickt.

Plutonium-238 ist auch der perfekte Brennstoff für Raumfahrzeuge. Obwohl hoch radioaktive, dringt die Art der Strahlung, die es aussendet nicht einfach durch andere Materialien, so dass es sicher. Eingehüllt in Iridium Metall, Glühen Pellets von Plutonium-238 rot heiß, viel Wärme abgibt. Solange diese Pellets nicht zu knacken, ist Strahlung kein Anliegen. Die Pellets werden in Radioisotopengeneratoren (RTG) gelegt, die Wärme in Strom zu verwandeln. Es dauert Jahre, sogar Jahrzehnte bei Voyager jetzt interstellaren Raum zu erforschen.

Ein Pellet Plutonium-238, das für die RTG von der Cassini-Mission zum Saturn oder die Galileo-Mission zum Jupiter gemacht wurde. Kredit: DOE

Zurück auf der Erde ist jedoch unsere Versorgung mit Plutonium-238 zur Neige. Laut einem kürzlich erschienenen Artikel in der Natur, die NASA hat nur 35 Kilogramm oder etwa 77 Pfund Plutonium-238 links – links in seinen Altern-Vorrat, liegt weniger als die Hälfte davon an Klasse, um als Brennstoff zu verwenden. Die nächste Mars-Mission startet im Jahr 2020 wird 11 Pfund davon verbrauchen. Russland ist nicht mehr Plutonium-238, eventuell verkaufen, da sie zu laufen haben oder gehen zur Neige.

Das Isotop Vorkommen nicht natürlich. Niemand sonst auf der Erde hat Plutonium-238.

Plutonium-238 (wieder) zu machen

Der Kontrollraum für den High Flux-Isotop-Reaktor verwendet, um Plutonium-238 in Oak Ridge. Ja, es ist alt. Kredit: ORNL

Aber jetzt gibt es ein Plan. NASA begann im Jahr 2013 Zahlen des Department of Energy $ 50 Millionen pro Jahr, ein Programm, um Plutonium-238 wieder zu entwickeln. Mit den Einrichtungen, die einmal hergestellt und behandelt die Abfälle lange stillgelegt, wird es nicht einfach sein. Und es wird langsam. Auch wenn alles planmäßig verläuft, werden die DOE 1,1 Kilogramm, ungefähr 2,4 Pfund Plutonium-238 bis 2021 machen.

Der Produktionsplan, fürs erste, beinhaltet hopping zwischen nicht weniger als drei DOE Labors ganz über dem Land.

• Idaho National Laboratory: Vorläufer Material, Neptunium-237, wird Kernreaktor Kraftstoff entzogen.
• Oak Ridge in Tennessee: ein Reaktor strahlt Neptunium-237, Plutonium-238 zu machen. Plutonium-238 und alle verbleibenden Neptunium-237 sind extrahiert, um als Brennstoff verwendet werden und recycelt werden, beziehungsweise.
• Los Alamos in New Mexico: Plutonium-238 zu Pellets gepresst und gelagert.

Zwei in der Nähe von länderübergreifende reisen später, wir haben schließlich Plutonium-238, das bereit ist, zu verwenden. (Für weitere technische Details zur Produktion von Plutonium-238 und eine nette Karte, über Kopf zu Natur.) Es gibt auch Pläne für eine zweite Anlage zur Bestrahlung von Neptunium-237, Idaho verwandeln, obwohl die genaue Vorgehensweise für dazu werden noch ausgearbeitet.

Ein Querschnitt (links) und Foto (rechts) von der High Flux Isotop Reaktor verwendet, um Plutonium-238 am Oak Ridge National Laboratory. Kredit: ORNL

In der Tat ist ein Großteil der Plan zweiten Hälfte noch TBD. Ein DOE-Sprecher bestätigt, dass Oak Ridge Wissenschaftler gerade jetzt beginnen sind, um die chemischen Prozesse zur Gewinnung von Plutonium-238 und Neptunium-237 nach der Bestrahlung-Prozedur zu testen. Und dann gibt es die mühsame aber entscheidende Arbeit der Aufstockung des gesamten Produktionsprozesses. Es ist voraussichtlich sieben Jahren voll im Gange zu sein.

Die ungewisse Zukunft

Mit der NASA aktuellen Vorrat und DOE Produktionsplan haben die USA genug Plutonium-238, zwei Missionen ein Jahrzehnt für die nächsten paar Jahrzehnte zu finanzieren. Das ist sicherlich besser als nichts, aber es relativiert genau das, was wirklich ist ein limitierender Faktor Kernbrennstoff für die Weltraumforschung.

Im Licht wenn alles, was macht es Sinn, warum die Rosetta-Mission war kein guter Kandidat für eine RTG. Am zweckmäßigsten müsste der Europäischen Weltraumorganisation Plutonium-238 aus den USA oder Russland, kaufen, von denen keiner gerne Teil mit der kostbaren Ressource. Und Solar-Panels waren zumindest Option, im Gegensatz zu, sagen, mit der NASA kommende neue Horizonte mission zum Pluto, wo es zu dunkel ist, um die Sonne macht abhängig.

Die kalten Krieges Jumpstarted Weltraumforschung und kalter Krieg-Ära nuklearen Brennstoff stillen Mächten unserer modernen Raumsonde. Historische Verbindungen werden nicht so leicht durchtrennt, sondern aus der Hässlichkeit des Kalten Krieges und der schrecklichen Umweltkatastrophe, die Kernbrennstoff Produktion war, wir haben zumindest die Möglichkeit, die Kleinheit der Erde zu überwinden und einen Blick auf die Weite des Raumes.

Bild oben: The New Horizons Raumsonde, angetrieben von Plutonium-238, das Vorbeiflug Pluto wird. Kredit: Johns Hopkins University angewandte Physik-Labor/Southwest Research Institute (JHUAPL/SwRI)