Generatory radioizotopów: Jakie są „baterie nuklearne”, które zasilają statki kosmiczne

Co to są RTG, stworzone dla najbardziej odległych statków kosmicznych i dlaczego są tak ważne? Misja Voyagera NASA może nam wyjaśnić.

Karmienie mary przestrzennych słonecznych może nie wydawać się wyzwaniem, biorąc pod uwagę intensywność światła słonecznego na Ziemi. Statki przestrzeni w pobliżu Ziemi Duże panele słoneczne Aby uzyskać energię elektryczną niezbędną do funkcjonowania ich systemów komunikacyjnych i instrumentów naukowych.

Statki przestrzeni muszą wspierać intensywne filtry przeciwsłoneczne, promieniowanie i temperaturę setek stopni poniżej zera do setek stopni powyżej zero, opracowali inżynierowie Innowacyjne rozwiązania Karmić niektóre z najbardziej odległych i odizolowanych misji kosmicznych.

OS RTGS Są to zasadniczo baterie zasilane energią jądrową. Ale w przeciwieństwie do baterii AAA ich dowództwa telewizyjnego, RTG mogą zapewnić energię setkom milionów lub tysięcy mil od Ziemi przez dziesięciolecia.

Jądrowy

Generatory termoelektryczne radioizotopów nie zależą od reakcji chemicznych, takich jak stosy telefonu komórkowego. Zamiast tego oparte są na radiuaktywnym rozkładowi elementów w celu wytwarzania ciepła i ewentualnie energii elektrycznej. Chociaż ta koncepcja wydaje się podobna do koncepcji ośrodka jądrowego, RTG działają zgodnie z inną zasadą.

Większość RTG jest budowana za pomocą Plutonio-238 Jako źródło energii, które nie jest użyteczne w elektrowniach jądrowych, ponieważ nie obsługuje reakcji rozszczepienia. Zamiast tego -238 jest niestabilnym elementem, który będzie miał rozkład radioaktywny.

O rozkład radioaktywny lub rozkład jądrowy, Występuje, gdy niestabilne jądro atomowe emituje spontaniczne i losowo cząsteczki i energię, aby osiągnąć bardziej stabilną konfigurację. Proces ten powoduje, że element często przekształca się w inny element, ponieważ rdzeń może stracić protony.

Kiedy pluton-238 rozpada się, emituje Cząstki Alfaktóre składają się z dwóch protonów i dwóch neutronów. Kiedy 238 pluton, który zaczyna się od 94 protonów, uwalnia cząstkę alfa, traci dwa protony i staje się uranem-234, który ma 92 protony.

Te cząstki alfa oddziałują i przenoszą energię do materiału otaczającego pluton, ogrzewając ten materiał. Rozpad radioaktywny 238 wydawnictw plutonowych wystarczająco energii, aby mogła świecić na czerwono Ze względu na własne ciepło i to potężne ciepło stanowi źródło energii do zasilania RTG.

Ciepło jak energia

Termoelektryczne generatory radioizotopów mogą przekształcić ciepło w energię elektryczną, stosując zasadę o nazwie Seebeck Effect, odkryte przez niemieckiego naukowca Thomasa Seebecka w 1821 r. Jako dodatkową korzyść, ciepło niektórych rodzajów RTG może pomóc utrzymać elektronikę i inne elementy misji w gorącej przestrzeni gorąco i dobrze funkcjonować.

W swojej podstawowej formie, Efekt Sebeck Opisuje, w jaki sposób dwa przewody różnych materiałów przewodzących zjednoczonych w pętli wytwarzają łańcuch w tej pętli po wystawieniu na różnicę temperatury.

Urządzenia, które używają tej zasady, są oznaczone przez Pary termiczne, lub termopar. Te termopary pozwalają RTG wytwarzać energię elektryczną z różnicy temperatury wywołanej przez ciepło rozkładu 238 plutonu i zimnego zimna przestrzeni.

Koncepcja generatora termoelektrycznych radioizotopów

W termoelektrycznym generatorze podstawowych radioizotopów ma 238 pojemnik na pluton, przechowywany w postaci dwutlenku plutonu, często w stałym stanie ceramicznym, który zapewnia dodatkowe bezpieczeństwo w przypadku wypadku. Materiał plutonowy jest otoczony ochronną warstwą arkusza izolacyjnego, do którego duży zestaw termopary. Cały zestaw znajduje się w aluminiowej obudowie ochronnej.

Wnętrze RTG i jednej strony termopar jest gorąco – blisko 1000 stopni Fahrenheita (538 stopni Celsjusza) – podczas gdy zewnętrzna część RTG i drugiej strony termoparów są narażone na przestrzeń.

Silna różnica temperatur pozwala na RTG Przekształć ciepło rozkładu radioaktywnego w energię elektryczną. Ta energia elektryczna zasila wszelkiego rodzaju statki kosmiczne, od systemów komunikacyjnych po instrumenty naukowe i łaziki na Marsie, w tym pięć obecnych misji NASA.

Prawdziwą zaletą RTGS jest ich zdolność do zapewnienia przewidywalnej i spójnej energii. Radioaktywny rozkład plutonu jest stały – każda sekunda każdego dnia przez dziesięciolecia. W ciągu około 90 lat tylko połowa RTG plutonu rozkłada się. RTG nie potrzebuje ruchomych części Wytwarzanie energii elektrycznej, co znacznie zwiększa pęknięcie lub przestanie działać.

Ponadto mają doskonałą rejestrację bezpieczeństwa i zostały zaprojektowane w celu przetrwania ich normalnego użytkowania, a także być bezpieczne w przypadku wypadku.

RTG w akcji

RTG były fundamentalne dla sukcesu wielu układów słonecznych i głębokiej przestrzeni NASA. I żadna misja nie oddaje siły RTG jako misji Voyagera.

Sondy Podróż 1 podróż 2 Od Ziemi jest około 15,5 miliarda mil i 13 miliardów mil (prawie 25 miliardów kilometrów i 21 miliardów kilometrów), co czyni je Ludzkie przedmioty bardziej odległe. Nawet na tych ekstremalnych odległościach ich RTG nadal zapewniają im konsekwentną energię.

Te statki kosmiczne są świadectwem młyna inżynierów, który wymyślił pierwsze RTG na początku lat 60. XX wieku.