Američtí vědci automatizovali výrobu jaderného paliva pro vesmírné sondy  
Robotičtí průzkumníci NASA, kteří míří do hlubokého vesmíru nebo na cizí světy, potřebují radioaktivní zdroj energie. Skvělé je plutonium-238, ale jeho výroba není snadná. S novou technologií snad NASA dokáže naplnit svůj cíl – v roce 2025 vyrábět 1,5 kilogramu tohoto radioizotopu ročně.
Výroba plutonia-238 není jednoduchá. Kredit: ORNL.
Výroba plutonia-238 není jednoduchá. Kredit: ORNL.

Oblíbené plutonium-238 se ukázalo jako úžasně efektivní palivo pro desítky misí NASA do hloubi Sluneční soustavy. Právě tohle radioaktivní palivo pohání populární rover Curiosity na Marsu a uplatnilo se ve veleúspěšných misích, jako byla sonda Cassini nebo sondy Voyager.

 

Bob Wham. Kredit: ORNL.
Bob Wham. Kredit: ORNL.

Potíž je v tom, že výroba tohoto radioaktivního izotopu není úplně jednoduchá. Přesněji řečeno až doposud nebyla. Vědci laboratoří ministerstva energetiky Oak Ridge National Laboratory (ORNL) nalezli způsob, jak automatizovat produkci hliníkových pelet s oxidem neptunia. Tyto pelety pak mohou být následně relativně snadno ozářeny a chemicky zpracovány na plutonium-238. Tím se výroba tohoto užitečného radioizotopu významně zjednodušuje.

 

Bob Wham z ORNL v nedávném prohlášení uvádí, že automatizace nahrazuje více méně ruční úkony týmu, který v ORNL vyrábí plutonium-238. Podle Whama zavedení automatizace zvýší produkci těchto pelet z 80 na 275 za týden.

 

Automatická část výroby plutonia-238. Kredit: Genevieve Martin & Jenny Woodbery/Oak Ridge National Laboratory, U.S. Dept. of Energy.
Automatická část výroby plutonia-238. Kredit: Genevieve Martin & Jenny Woodbery/Oak Ridge National Laboratory, U.S. Dept. of Energy.

Plutonium-238 je pozoruhodný izotop plutonia. Díky svému přirozenému radioaktivnímu rozpadu plutonium-238 rovnoměrně uvolňuje teplo. Přitom zůstává relativně stabilní, bezpečné a vyzařuje relativně nízké dávky záření beta a gama. Jeho poločas rozpadu je 87,7 roku, čímž je zaručeno, že plutoniu-238 produkuje prakticky stejné množství energie po celá desetiletí. Sondy Voyager 1 a 2 odletěly do vesmíru v sedmdesátých letech. Jsou už velmi daleko od Slunce. Mají ale na palubě plutonium-238, takže jim přístroje stále fungují, a nějakou dobu ještě fungovat budou.

 

Plutonium-238 neslouží k výrobě jaderných zbraní, ani se nepoužívá v jaderných elektrárnách. Vzniká ale jako byprodukt při výrobě plutonia-239, které je vhodné pro jaderné hlavice. Když se blížil konec studené války, tak se zásoby plutonia-238 ve světě povážlivě ztenčily. Spojené státy v posledních letech zahájily opětovnou výrobu tohoto izotopu, doposud ale zůstávala nedostatečná pro potřeby NASA.


ORNL nedávno zveřejnilo informaci, podle které agentuře NASA zbývalo asi tak 35 kilogramů této převzácné hmoty. To stačí tak na dvě až tři vesmírné mise, když NASA nebude příliš plýtvat. Wham a jeho kolegové v ORNL věří, že nová technologie výroby plutonia-238 podstatně zvětší zásobu cenného izotopu včas, aby nedošlo k zablokování vesmírných výprav. Automatizace výroby izotopu podle Whama pomůže zvednout roční produkci plutonia-238 z 50 na 400 gramů. V roce 2025 by přitom NASA chtěla dosáhnout produkce tohoto izotopu asi 1,5 kilogramu ročně.

Video:  ORNL automates key process in plutonium-238 production


Literatura
ORNL 8. 1. 2019, IFL Science 11. 1. 2019.

Datum: 23.01.2019
Tisk článku

Anatomie 3 - Čihák Radomír
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 1949 Kč
cena: 1657 Kč
Anatomie 3
Čihák Radomír
Související články:

V Oak Ridge obnoví výrobu plutonia 238     Autor: Martin Tůma (18.03.2013)
Experiment KRUSTY: NASA úspěšně otestovala kapesní štěpný reaktor Kilopower     Autor: Stanislav Mihulka (03.05.2018)
Začnou se ve vesmíru konečně využívat jaderné reaktory?     Autor: Vladimír Wagner (05.05.2018)
Evropa na cestě k radionuklidovým zdrojům pro vesmír     Autor: Vladimír Wagner (15.12.2018)



Diskuze:

Příliš málo

Vladimír Wagner,2019-01-24 07:25:17

Vzhledem k tomu, že třeba jedna sonda Voyager měla tři RTG zdroje, z nichž každý potřeboval 4,5 kg plutonia 238 (celkově 13,5 kg), je roční výroba 1,5 kg dosažená až v roce 2025 hodně málo. I při této výrobě bude na Voyager potřeba 9 let.

Odpovědět


Re: Příliš málo

Alexandr Kostka,2019-01-24 09:36:58

Spotřeba elektroniky klesá, její citlivost stoupá. Dneska by patrně stačily stejné zdroje 2 s to s tím, že jeden je prakticky výhradně záložní. A zbytek sondy stejně nedáte dohromady rychleji, než za těch 5-6 let. Navíc předpokládám, že jakmile existuje nějaký rozumný technologický postup, dokonce z velké části automatizovaný, tak lze v případě potřeby rozšířit výrobu.

Odpovědět


Re: Re: Příliš málo

Vojtěch Kocián,2019-01-24 14:05:34

Sonda se sice staví 5 až 10 let, ale obvykle se staví více sond zároveň a NASA vypouští zhruba jednu za rok nebo dva. Ve vnitřní Sluneční soustavě nejsou kromě přistávajících modulů RTG zdroje třeba, ale jen jedna sonda do vnější Sluneční soustavy za 10 let je dost málo. Snad budou v dohledné době k dispozici i reaktory.

Odpovědět


Re: Re: Příliš málo

Vladimír Wagner,2019-01-24 14:23:52

V tomhle případě to neplatí. Zásadní problém, který omezuje produkci plutonia 238 je neexistence odpovídajícího speciálního reaktoru (ty se všechny zavřely). V současné době se využívají pouze výzkumné reaktory, které mají opravdu velmi omezené prostory pro ozařování (tím je omezena produkce). Pokud by se měla produkce zvýšit, musel by se příslušný reaktor postavit. Ta nízká výroba není dána tím, že by materiál nebyl potřeba, ale tím, že ji zvýšit nelze.
Máte pravdu, že se spotřeba elektroniky snižuje. Zároveň však rostou požadavky na množství získaných a předaných dat, inteligenci sondy, širší škály přístrojů ..., takže s tím poklesem spotřeby to není jednoznačné. Zlepšení by mohlo přijít s přechodem od termočlánků ke Stirlingovým motorům. Ale i to pomůže jen trochu. V každém případě se sondy do vzdálených Sluneční soustavy z těchto důvodů odkládají. Podrobněji jsem o tom psal pro časopis Vesmír: http://ojs.ujf.cas.cz/~wagner/popclan/sondy/Plutonium_Vesmir_final.htm

Odpovědět


Re: Re: Re: Příliš málo

Peter Kysel,2019-01-25 10:37:33

Mám laickú otázku. Nebolo by možné použiť pre výrobu plutónia 238 reaktor CANDU? Nie je podstatou možnosť relatívne krátkych úsekov ožiarenia neutrónmi?

Odpovědět

a co za

Mojmir Kosco,2019-01-23 11:30:30

to? Všiml jsem si že často u článků skoro nikdy není druha strana. Platí i na vylepšené rostliny C3.

Odpovědět


Re: a co za

Lukáš Fireš,2019-01-23 12:15:41

Tak zkuste redakci zaslat svůj vlastní, objektivní, článek, rád si ho přečtu.

Jinak zrovna tady (u plutonia-238) se současnou roční produkcí 50g, zvýšenou (snad) na 400g a žádanou 1,5kg, bych se nebál ani zneužití, ani odpadu. Je to evidentně pro vesmírné sondy a vozítka, tedy čistě pro vědu. Tedy jaká druhá strana?

Odpovědět


Re: Re: a co za

Mojmir Kosco,2019-01-23 12:42:20

mne ani nejde o to zda je to dobré nebo zlé a domnívám se že výzkum vesmíru za to stojí. Já bych spíš rád věděl o kolik bude potřeba víc "kapitálu" ve všech jeho formách (lidi materiál peníze) kde je veme třeba zastaví výzkum jiných pohonů a tak podobně

Odpovědět


Re: Re: Re: a co za

Oskar Zemcik,2019-01-23 13:55:26

Tak ona se automatizace ve výrobě obecně uplatňuje díky tomu že je efektivnější než ruční výroba a při vyšší produkci (a někdy i bez ní) levnější. Takže otázka co za to nedává moc smysl. Spíš pár dosavadních operátorů nebude mít co dělat respektive mlže jít dělat něco jiného..

Odpovědět


Re: Re: Re: a co za

Vojtěch Kocián,2019-01-23 14:00:16

Tady je spíš třeba se ptát obráceně. Co všechno by se muselo zrušit, kdyby došlo Pu 238 a nebyla za něj náhrada (třeba v podobě Americia 241, se kterým to zkouší ESA)? Pro mise daleko od Slunce je jaderný zdroj nutný. Teoreticky to může odebrat nějaké prostředky na vývoj plnohodnotného vesmírného jaderného reaktoru, ale Pu 238 má využití i tam, kde se reaktor nehodí. Třeba pro malé sondy, které ho využijí jako zdroj tepla pro noční období na Marsu nebo na Měsíci.

Odpovědět


Re: Re: Re: a co za

Alexandr Kostka,2019-01-23 15:09:44

Vcelku není podstatné, protože neexistuje alternativa, jak se obejít bez toho. Obecně někde ve vzdálenosti kolem oběžné dráhy Saturnu začínají být solární panely skoro nepoužitelné, jsou příliš velké a poskytují příliš málo energie. Buď máte radioizotopový zdroj, nebo tam nemůžete vyslat sondu.

PS: Nemluvě o tom, že sonda přes veškerou izolaci vydá většinu elektřiny k ohřevu, aby vůbec fungovala elektronika. U "trplého" zdroje se topí odpadním teplem a veškerá elektřina je k dispozici pro výpočetní výkon.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: a co za

Mojmir Kosco,2019-01-25 11:29:24

Výše uvedený příspěvek od p.wagnera naznačil první cenu nový reaktor

Odpovědět

"populární rover Curiosity na Měsíci"

Petr Novotný31,2019-01-23 07:17:22

"populární rover Curiosity na Měsíci".. dál jsem nečetl..

Odpovědět


Re: "populární rover Curiosity na Měsíci"

Lukáš Fireš,2019-01-23 08:01:10

To je docela škoda, že se necháte odradit drobnou chybou. Samozřejmě na Marsu. Kdož jsi bez chyby....

Odpovědět


Re: "populární rover Curiosity na Měsíci"

Tomáš Habala,2019-01-23 19:11:57

Překážka odstraněna, můžete číst dál.

Odpovědět


Re: "populární rover Curiosity na Měsíci"

Petr Novotný31,2019-01-24 10:14:10

děkuji za opravu a omlouvám se za způsob upozornění na chybu v příspěvku. Děkuji za pěkný článek.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni
















Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace