NASA의 플루토늄 부족이 끝날 수 있습니다. 3 월 18 일 월요일일NASA의 행성 과학 부서 책임자 Jim Green은 미국 에너지 부 (DOE)의 Plutonium-238 (Pu-238) 생산이 현재 테스트 단계에 있으며 본격적인 생산이 다시 시작될 것이라고 발표했다.
"올해 말까지 에너지 부에서 연간 1.5 ~ 2 킬로그램의 요구 사항을 어떻게 충족시킬 수 있을지에 대한 완전한 계획을 세울 것입니다." 그린은 44에서 말했다일 지난 월요일 텍사스 주 우드랜드에서 달과 행성 과학 회의가 열렸습니다.
이 소식은 너무 빨리 나오지 않습니다. 우리는 임박한 플루토늄 부족과 미래의 우주 탐사에 미치는 영향에 대해 이전에 글을 썼습니다. 태양 광 발전은 대부분의 경우 내부 태양계를 탐험 할 때 적합하지만 소행성 벨트 너머로 나가려면 원자력이 필요합니다.
동위 원소 Pu-238의 생산은 냉전의 운 좋은 결과였다. 1940 년 글렌 시보 그 (Glen Seaborg)가 처음으로 생산 한 플루토늄 (-239)의 무기 등급 동위 원소는 중성자와 함께 폭격하는 넵투늄 (우라늄 -238의 붕괴 산물)을 통해 생산됩니다. 고속 반응기에서 넵투늄 -237과 동일한 표적 동위 원소를 사용하면 Pu-238이 결과입니다. Pu-238은 무기 등급 Pu-239에 비해 킬로그램 당 560 와트에서 280 배의 부식 열을 생성하며 우주 탐험을위한 소형 에너지 원으로 이상적입니다.
1961 년 이래 26 개가 넘는 미국 우주선이 MRTG (Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generators) (또는 이전에는 단순히 RTG)를 동력원으로하여 발사되었으며 수은을 제외한 모든 행성을 탐험했습니다. RTG는 달의 우주 비행사들이 남긴 ASEP (Apollo Lunar Surface Experiments Package) 과학 페이로드에 의해 사용되었으며 2015 년 7 월에 명왕성 탐사에 참여한 Cassini, Mars Curiosity 및 New Horizons는 모두 원자력을 사용합니다.
플루토늄 구동 RTG는 뿐 우주 탐사를 수행 할 수있는 현재 사용중인 기술. NASA의 Juno 우주선은 원자력 RTG를 사용하지 않고 2016 년에 목성에 최초로 도달 할 것이지만,이를 위해서는 2.7 x 8.9 미터 크기의 태양 전지판 3 대를 사용해야합니다.
문제는 미국의 플루토늄 생산이 냉전 종식과 함께 1988 년에 중단되었다는 것입니다. 플루토늄 -238 NASA와 DOE가 얼마나 많은 비축을했는지는 분류되어 있지만, 하나 이상의 대형 플래그쉽 급 임무와 아마도 작은 스카우트 급 임무를 위해 충분히 충분하다고 추측되었습니다. 또한, 일단 무기 급 플루토늄 -239가 제조되면, 원하는 Pu-238 동위 원소를 재 처리 할 필요가 없습니다. 현재 화성 표면에 걸쳐 호기심을 강화하는 플루토늄은 러시아에서 구입했으며 그 소스는 2010 년에 끝났습니다. New Horizons에는 1999 년에 시작된 Cassini를 위해 여분의 MMRTG가 장착되어 있습니다.
추가 보너스로 플루토늄 구동 미션은 종종 기대치를 초과합니다. 예를 들어, Voyager 1 & 2 우주선의 원래 임무 기간은 5 년이며 이제는 5 년 동안 계속 작동 할 것으로 예상됩니다. 화성 호기심은 정신과 기회를 괴롭 히고 긴 화성 겨울을 통해 작동 할 수있는 "먼지가 많은 태양 전지판"문제로 고통받지 않습니다. 덧붙여서, 성령과 기회 로버는 핵 동력이 아니었지만, 그들은 했어 조인트에 따뜻하게 유지하기 위해 플루토늄 산화물의 작은 펠릿과 분광계에 중성자 소스를 제공하는 방사성 큐륨을 사용합니다. 외계인 지능이 태양계를 탈출 한 5 대의 우주선 (Pioneer 10 & 11, Voyagers 1 & 2, New Horizons)에서 우연히 발견 된 것은 아마도 플루토늄 전원의 붕괴를 측정함으로써 지구에서 출발 한 날짜를 상상할 수있을 것입니다. (Pu-238의 반감기는 87.7 년이며, 긴 일련의 딸 동위 원소를 통해 납 -206으로 전환 한 후 붕괴됩니다.)
현재 Pu-238의 생산은 High Flux Isotope Reactor (HFIR)를 사용하여 오크 리지 국립 연구소 (ORNL)에서 수행됩니다. "Old"Pu-238은 새로 제조 된 Pu-238을 추가하여 부활시킬 수도 있습니다.
그린은 최근 화성 탐사 계획에 따르면“1 킬로그램마다 2 킬로그램의 구형 플루토늄을 혼합하여 실제로 재생합니다. 우리가 원하는 에너지 밀도에서 기존 공급을 활용할 수있는 것은 프로세스의 중요한 부분입니다. 위원회.
그러나 연간 1.5 킬로그램의 전체 목표 생산은 다소 시간이 걸릴 수 있습니다. 상황에 따라 Mars rover Curiosity는 4.8 킬로그램의 Pu-238을 사용하며 New Horizons에는 11 킬로그램이 포함되어 있습니다. 2011 년 11 월 호기심이 시작된 이후로 외계 행성에 대한 임무는 지구를 떠나지 않았으며, RTG를 제안 할 다음 임무는 제안 된 화성 2020 로버입니다. 타이탄 호수 착륙선 및 목성 얼음 달 임무와 같은 드로잉 보드에 대한 아이디어는 모두 원자력이 될 것입니다.
NASA는 새로운 플루토늄 생산과 함께 2016 년까지 ASRG (Advanced Stirling Radioisotope Generators)라는 두 개의 새로운 RTG를 제공 할 계획입니다.보다 효율적인 반면 ASRG는 그렇지 않을 수 있습니다 항상 선택한 장치가 되십시오. 예를 들어, Curiosity는 MMRTG 폐열을 사용하여 프레온 순환을 통해 기기를 따뜻하게 유지합니다. 호기심은 또한 화성으로 향하는 에어로 쉘에 묶여있는 동안 110 와트 발전기에서 생성 된 폐열을 방출해야했습니다.
물론, 핵 탑재량 발사와 함께 추가 예방 조치가 있습니다. 미국 대통령은 플로리다 우주 해안 (Florida Space Coast)에서 호기심을 발사하자 사인을해야했다. Cassini, New Horizons 및 Curiosity의 출시는 핵 관련 문제와 마찬가지로 시위대의 산란을 유발했습니다. 석탄 화력 발전소는 매일 원치 않는 부산물로 방사성 폴로늄, 라돈 및 토륨을 생산한다는 사실을 염두에 두지 마십시오.
이러한 출시는 위험을 감수하지는 않지만 완화 및 관리 할 수있는 위험이 있습니다. 미국 우주 프로그램 초기에 가장 악명 높은 우주 관련 핵 사고 중 하나가 1964 년 발사 직후 마다가스카르 해안에서 RTG가 장착 된 Transit-5BN-3 위성의 손실로 발생했습니다. 우주 비행사는 지구로 돌아와 물병 자리 랜딩 모듈과 핵 발전 과학 실험은 피지 섬 근처 태평양의 달 표면을 의미합니다. (그들은 말하지 않습니다 그 영화에서) 미래의 우주 임무를 위해 해저에서이 RTG를“복원”하는 것이 비용 효과적인지 궁금해한다. NASA는 뉴 호라이즌 (New Horizons)과 같은 이전에 핵무기를 장착 한 발사에서 350 대 1로“플루토늄을 방출 할 수있는 발사 사고”가능성을 제시했다. 물과 함께.
그러나 새로운 태양계 발견의 관점에서 볼 때 위험은 가치가 있습니다. 우주 탐사의 새로운 미래에 평화로운 목적을위한 플루토늄 생산의 재개는 우리에게 희망을줍니다. Carl Sagan의 말에 따르면 우주 여행은 우리가 생각할 수있는 핵분열의 가장 좋은 용도 중 하나입니다!
