Американским космонавтам не хватает плутония-238
Научные программы Соединённых Штатов по исследованию планет Солнечной системы во многом зависят от наличия надёжных источников энергии. Наиболее удобным устройством для энергоснабжения кораблей в дальнем космосе на сегодняшний день являются изотопные генераторы (РИТЭГ), использующие энергию распада 238Pu. Но запасы данного изотопа в США подходят к концу, что ставит под угрозу космические планы американцев.
Изотопные генераторы как альтернатива солнечным батареям
Национальная академия наук США опубликовала подробный и тревожный доклад под названием "Радиоизотопные энергетические системы - обязательное условие для сохранения лидерства Соединённых Штатов в освоении космоса". В этом документе, подготовленном большой группой известных специалистов, проанализирована текущая ситуация с поставками 238Pu для космической программы.
Изотопные генераторы, преобразующие тепло радиоактивного распада в электроэнергию, стали для американцев хорошим выходом в условиях отсутствия у США работоспособных проектов космических реакторов. Их преимущества перед солнечными батареями становятся особенно заметными при полётах к Юпитеру и далее.
Существует и другой взгляд на плутониевые РИТЭГ и их недостатки по сравнению с реакторами. Наиболее полно такое сравнение проведено в эксклюзивном интервью Валерия Ярыгина для электронного издания AtomInfo.Ru.
Для сравнения - в окрестностях Юпитера интенсивность солнечного света на 96% меньше, чем на Земле, а если говорить о Плутоне, то у этой экс-планеты интенсивность падает уже на 99,94%.
Помимо естественных геометрических причин, есть и другие резоны для отказа от энергии Солнца - так, в радиационных поясах Юпитера она превращается в ненадёжный энергоисточник, и поэтому в планируемом полёте станции "Juno" с солнечными батареями не предполагается выхода в экваториальную плоскость планеты-гиганта, где располагается большая часть поясов.
Начиная с 1961 года, в Соединённых Штатах было запущено 26 космических кораблей, спутников и межпланетных станций, на которых в общей сложности было установлено 45 изотопных генераторов. Некоторые из них были возвращены на Землю, некоторые продолжают работать на орбитах или поверхностях других планет, а источники на "Пионерах" и "Вояджерах" летят сейчас в сторону далёких звёзд.
Список американских космических аппаратов с изотопными генераторами
Плутоний из России
Все американские генераторы используют в качестве радиоактивного источника 238PuO2. Их мощность варьируется от 2,7 до 500 Вт(эл.). У истоков американской космической изотопной программы стоит небезызвестная корпорация RAND, которая начала заниматься этой проблемой в 1946 году. А в 1951 году к этой работе по запросу министерства обороны подключилась комиссия по атомной энергии США.
Выбор 238Pu в качестве изотопного источника был обусловлен тем, что он единственный из всех претендентов полностью удовлетворял сформированному набору требований и критериев, а именно:
- он имеет относительно большой период полураспада (порядка 88 лет) и способен генерировать энергию в течение длительного срока;
- тип и характеристики излучения 238Pu дают возможность утилизировать его безопасным образом;
- он обладает высоким удельным энерговыделением - как массовым (Вт/г), так и объёмным (Вт/см3);
- он химически стабилен, имеет хорошие механические характеристики при высоких температурах, не растворяется в воде и не корродирует в рабочих условиях;
- наконец, 238Pu может производиться в значимых количествах по приемлемой цене.
Во времена ядерной гонки вооружений НАСА не испытывало проблем с приобретением 238Pu у военного атомного комплекса США. Но в 1988 году американские реакторы-наработчики были закрыты, и страна полностью лишилась возможности производить данный изотоп в промышленных масштабах - на территории Соединённых Штатах сохранились только незначительные лабораторные производства.
Закрытие реакторов было обусловлено, в том числе, и экономическими причинами. Их обслуживание обходилось слишком дорого. После того, как с наработчиков были сняты военные задачи, оказалось невыгодным оставлять их в эксплуатации исключительно для нужд космической программы. Тем более, что на тот момент - конец 80-ых годов - запасы 238Pu в США казались неистощимыми.
На имевшихся резервах американская космическая отрасль смогла проработать без затруднений до начала 2000-ых годов. Кроме того, США в лице министерства энергетики заключили в 1992 году соглашение с Россией о закупках российского 238Pu. Точные данные по плутониевым контрактам держатся в тайне, но можно предположить, что в Соединённые Штаты было поставлено до 20 кг этого изотопа, и ещё около 10 кг будет поставлено в обозримом будущем.
Однако российские складские резервы 238Pu также подходят к концу, и - согласно открытым источникам - российские предприятия на данный момент более не нарабатывают этот изотоп. Таким образом, США более не могут рассчитывать на поставки плутония-238 из России, если только американские государственные ведомства не согласятся сделать крупные инвестиции в российскую атомную отрасль, необходимые для возобновления наработки 238Pu.
Но даже в том случае, если США примирятся с необходимостью продолжать закупать 238Pu за рубежом - в России или иной стране - потребуются годы до того момента, когда первые партии этого изотопа будут готовы к отправке в Америку. Так, только на обсуждение контрактов может уйти 2-3 года.
Есть ещё одно принципиальное ограничение - импортный плутоний может быть использован только в исключительно мирных космических миссиях и не может применяться в полётах, связанных с вопросами национальной безопасности США.
Возможности США по производству 238Pu
Существуют различные оценки потребностей США в 238Pu на период до 2028 года. Авторы доклада предлагают использовать в качестве консервативной оценки данные из письма НАСА в министерство энергетики от 29 апреля 2008 года. Из них следует, что до 2028 года космическому агентству потребуется 105-110 кг 238Pu. В реальности запросы космонавтов могут оказаться выше предсказанных.
Потребности НАСА в 238Pu до 2028 года по состоянию на апрель 2008 года.
За прошедший год дата старта марсианской научной лаборатории (первая позиция в списке) была сдвинута на 2011 год.
Источник HPSRG мощностью 2 кВт(эл.) ещё должен быть разработан.
Наработка 238Pu осуществляется в реакторах путём облучения таблеток из чистого 237Np. Очевидно, что сырьевой материал также требует особых усилий для получения. В настоящее время, в США есть два исследовательских реактора, которые могли бы быть пригодными для производства 238Pu на уровне несколько килограммов в год - ATR в национальной лаборатории Айдахо и HFIR в национальной лаборатории Окриджа.
Возможны и альтернативные варианты - например, наработка 238Pu в энергетических легководных реакторах. Такой аппарат-тысячник в состоянии выдавать на-гора до 5 кг 238Pu в год. Но в этом случае потребуется кардинальная переработка существующих технологических процессов.
Например, в исследовательском реакторе облучаемая мишень из 237Np по принятой технологии находится внутри алюминиевой оболочки, но в энергетическом реакторе использовать Al как конструкционный материал для мишени невозможно из-за более высоких теплофизических параметров.
Авторы доклада считают крайне необходимым как можно быстрее приступить к производству 238Pu в США на реакторах ATR и HFIR. Причём делать это нужно в буквальном смысле слова безотлагательно, и не исключено, что даже немедленный запуск не избавит Соединённые Штаты от необходимости импорта 238Pu.
Если американцы не будут предпринимать никаких действий (худший сценарий), то весь закупленный у России объём 238Pu будет истрачен НАСА к 2020 году, и о межпланетных полётах, намеченных после этого срока, можно будет забыть. Но и в лучшем сценарии развития событий авторы прогнозируют исчерпание запасов 238Pu к 2025 году.
Поставки и потребность в 238Pu в США до 2028 года.
На верхнем графике показаны поставки 238Pu, кг, для случаев отсутствия производства в США (прямая линия), начала его наработки в 2010 и 2012 годах.
На нижнем графике показаны потребности НАСА в 238Pu в зависимости от типа изотопных генераторов для миссии "Outer Planets Flagship-1".
Баланс 238Pu в США до 2028 года.
Отрицательные величины означают нехватку 238Pu.
"Status Quo" - худший сценарий, соответствующий отсутствию наработки 238Pu в США.
"Best Case" - наилучший сценарий, соответствующий началу наработки в 2010 году и выбору менее плутониевоёмких генераторов для отдельных космических полётов.
ИСТОЧНИК: AtomInfo.Ru
ДАТА: 13.05.2009
Темы: США, Космические реакторы, Радиоизотопы, Плутоний, Исследовательские реакторы
Р’В© AtomInfo.Ru – незавРСвЂВВВВВВВВРЎРѓР СвЂВВВВВВВВР В Р’В Р РЋР’ВВВВВВВВый атоРСВВВВВВВВВный Р В Р’В Р РЋРІР‚ВВВВВВВВнфорРСВВВВВВВВВацРСвЂВВВВВВВВРѕРЅРЅРѕ-аналРСвЂВВВВВВВВС‚РСвЂВВВВВВВВческРСвЂВВВВВВВВР в„– сайт, 2006-2025.
РЎРІРСвЂВВВВВВВВР В Р’В Р СћРІР‚ВВВВВВВВетельство Р С• регРСвЂВВВВВВВВстрацРСвЂВВВВВВВВРцРЎРњР РВВВВВВВВВВР В Р’В» №ФС77-30792.
ATOMINFO™ - зарегРСвЂВВВВВВВВстрРСвЂВВВВВВВВрованный товарный знак.
Р В Р’ВВВВВВВВВспользованРСвЂВВВВВВВВР В Р’Вµ Рцперепечатка Р В Р’В Р РЋР’ВВВВВВВВатерРСвЂВВВВВВВВаловРТвЂВВВВВВВВопускается РїСЂРцуказанРСвЂВВВВВВВВРцссылкРцРЅР° Р В Р’В Р РЋРІР‚ВВВВВВВВсточнРСвЂВВВВВВВВР С”.
