Thermoelektrischer Generator eines Radioisotops (RTG, RITEG) ist ein elektrischer Generator, der seine Macht vom radioaktiven Zerfall erhält. In solch einem Gerät wird die durch den Zerfall eines passenden radioaktiven Materials veröffentlichte Hitze in die Elektrizität durch die Wirkung von Seebeck mit einer Reihe von Thermoelementen umgewandelt.

RTGs sind als Macht-Quellen in Satelliten, Raumsonden verwendet worden und haben entfernte Möglichkeiten wie eine Reihe von Leuchttürmen entmannt, die durch die ehemalige Sowjetunion innerhalb des Nördlichen Polarkreises gebaut sind. RTGs sind gewöhnlich die wünschenswerteste Macht-Quelle für robotic, oder unaufrechterhaltene Situationen, die einige hundert Watt (oder weniger) der Macht für Dauern auch brauchen, sehnen sich nach Kraftstoffzellen, Batterien oder Generatoren, wirtschaftlich, und in Plätzen zur Verfügung zu stellen, wo Sonnenzellen nicht praktisch sind. Der sichere Gebrauch von RTGs verlangt Eindämmung der Radioisotope lange nach dem produktiven Leben der Einheit.

Geschichte

Arthur C. Clarke, in demselben kurzen Brief, wo er den Nachrichtensatelliten eingeführt hat, hat vorgeschlagen, dass, in Bezug auf das Raumfahrzeug, "könnte die Betriebsperiode durch den Gebrauch von Thermoelementen unbestimmt verlängert werden."

RTGs wurden in den Vereinigten Staaten gegen Ende der 1950er Jahre von Erdhügel-Laboratorien in Miamisburg, Ohio laut des Vertrags mit der USA-Atomenergie-Kommission entwickelt. Das Projekt wurde von Dr Bertram C. Blanke geführt.

Der erste RTG, der im Raum durch die Vereinigten Staaten gestartet ist, war SCHNAPPEN 3 1961 an Bord der Marinedurchfahrt 4A Raumfahrzeug. Einer des ersten Landgebrauches von RTGs war 1966 durch die US-Marine am unbewohnten Fahrwasser-Felsen in Alaska. RTGs wurden an dieser Seite bis 1995 verwendet.

Eine allgemeine Anwendung von RTGs ist als Macht-Quellen auf dem Raumfahrzeug. Systeme für die Kernhilfsmacht (SCHNAPPEN) Einheiten wurden besonders für Untersuchungen verwendet, die weit genug von der Sonne reisen, dass Sonnenkollektoren nicht mehr lebensfähig sind. Als solcher wurden sie mit dem Pionier 10, Pionier 11, Reisender 1, Reisender 2, Galileo, Ulysses, Cassini, Neue Horizonte und das Wissenschaftslaboratorium von Mars verwendet. Außerdem wurden RTGs verwendet, um den zwei Wikinger landers und für die wissenschaftlichen Experimente anzutreiben, die auf dem Mond durch die Mannschaften von Apollo 12 bis 17 (SCHNELL-27) verlassen sind. Weil die Mondlandung durch Apollo 13 abgebrochen wurde, ruht sich sein RTG jetzt im Südlichen Pazifischen Ozean in der Nähe vom Graben von Tonga aus. RTGs wurden auch für den Nimbus, die Durchfahrt und die LES Satelliten verwendet. Vergleichsweise sind nur einige Raumfahrzeuge mit flüggen Kernreaktoren gestartet worden: die sowjetische RORSAT Reihe und das amerikanische SCHNELL-10A.

Zusätzlich zum Raumfahrzeug hat die Sowjetunion viele unbemannte Leuchttürme und durch RTGs angetriebene Navigationsleuchtfeuer gebaut. Angetrieben durch Strontium 90 (Sr) sind sie sehr zuverlässig und stellen eine unveränderliche Quelle der Macht zur Verfügung. Kritiker behaupten, dass sie Umwelt- und Sicherheitsprobleme als Leckage verursachen konnten oder der Diebstahl des radioaktiven Materials unbemerkt seit Jahren besonders gehen konnte, weil die Positionen von einigen dieser Leuchttürme wegen des schlechten Rekordhaltens nicht mehr bekannt sind. In einem Beispiel wurden die radioaktiven Abteilungen von einem Dieb geöffnet. In einem anderen Fall sind drei Hinterwäldler in Georgia auf zwei keramische RTG-Hitzequellen gestoßen, die ihrer Abschirmung beraubt worden waren; zwei der drei wurden später mit strengen Strahlenbrandwunden nach dem Tragen der Quellen auf ihren Rücken hospitalisiert. Die Einheiten wurden schließlich wieder erlangt und isoliert.

Es gibt etwa 1,000 solche RTGs in Russland. Sie alle haben lange ihre 10-jährige konstruierte Lebensdauer erschöpft. Sie sind nicht mehr funktionell wahrscheinlich, und können im Bedürfnis nach dem Abbauen sein. Einige von ihnen sind die Beute von Metalljägern geworden, die die Metallumkleidungen der RTG unabhängig von der Gefahr der radioaktiven Verunreinigung abziehen.

Die USA-Luftwaffe verwendet RTGs, um entfernte Abfragungsstationen für Spitzen-ROCC- und in Alaska vorherrschend gelegene Sparen-Iglu-Radarsysteme anzutreiben.

In der Vergangenheit wurden kleine "Plutonium-Zellen" (sehr kleiner Pu-Powered RTGs) in implanted Herzpacemakern verwendet, um ein sehr langes "Batterieleben" zu sichern., ungefähr 90 waren noch im Gebrauch. Wenn der Träger stirbt, und wenn der Generator nicht entfernt wird, vor der Einäscherung wird das Gerät der großen Hitze unterworfen sein.

Design

Das Design eines RTG ist nach den Standards der Kerntechnik einfach: Der Hauptbestandteil ist ein kräftiger Behälter eines radioaktiven Materials (der Brennstoff). Thermoelemente werden in die Wände des Behälters mit dem Außenende jedes mit einem Hitzebecken verbundenen Thermoelements gelegt. Der radioaktive Zerfall des Brennstoffs erzeugt Hitze, die durch die Thermoelemente zum Hitzebecken fließt, Elektrizität im Prozess erzeugend.

Ein Thermoelement ist ein thermoelektrisches Gerät, das Thermalenergie direkt in die elektrische Energie mit der Wirkung von Seebeck umwandelt. Es wird aus zwei Arten von Metall gemacht (oder Halbleiter), der beide Elektrizität führen kann. Sie werden mit einander in einem geschlossenen Regelkreis verbunden. Wenn die zwei Verbindungspunkte bei verschiedenen Temperaturen sind, wird ein elektrischer Strom in der Schleife fließen.

Brennstoffe

Kriterien

Das radioaktive in RTGs verwendete Material muss mehrere Eigenschaften haben:

• Es sollte hohe Energieradiation erzeugen. Die Energieausgabe pro Zerfall ist zur Energieerzeugung pro Maulwurf proportional. Alpha verfällt in der allgemeinen Ausgabe ungefähr 10mal so viel Energie wie der Beta-Zerfall von Strontium 90 oder Cäsium 137.
• Radiation muss von einem Typ sein, der leicht absorbiert und in die Thermalradiation, vorzugsweise Alpha-Radiation umgestaltet ist. Beta-Radiation kann beträchtliche Beträge der Radiation des Gammas/Röntgenstrahls durch die bremsstrahlung sekundäre Strahlenproduktion abgeben, so schwere Abschirmung verlangend. Isotope müssen bedeutende Beträge des Gammas, der Neutronradiation oder der eindringenden Radiation im Allgemeinen durch andere Zerfall-Weisen nicht erzeugen oder Kettenprodukte verfallen.
• Die Halbwertzeit muss lang genug sein, dass sie Energie an einer relativ dauernden Quote für eine angemessene Zeitdauer veröffentlichen wird. Der Betrag der Energie, die pro Zeit (Macht) einer gegebenen Menge veröffentlicht ist, ist zur Halbwertzeit umgekehrt proportional. Ein Isotop mit zweimal der Halbwertzeit und derselben Energie pro Zerfall wird Macht an der Hälfte der Rate pro Maulwurf veröffentlichen. Typische Halbwertzeiten für in RTGs verwendete Radioisotope sind deshalb mehrere Jahrzehnte, obwohl Isotope mit kürzeren Halbwertzeiten für Spezialanwendungen verwendet werden konnten.
• Für den Spaceflight-Gebrauch muss der Brennstoff einen großen Betrag der Macht pro Masse und Volumen (Dichte) erzeugen. Dichte und Gewicht sind nicht als wichtig für den Landgebrauch, wenn es Größe-Beschränkungen nicht gibt. Die Zerfall-Energie kann berechnet werden, wenn die Energie der radioaktiven Radiation oder des Massenverlustes vorher und nach dem radioaktiven Zerfall bekannt ist.

Auswahl an Isotopen

Die ersten zwei Kriterien beschränken die Zahl von möglichen Brennstoffen zu weniger als 30 Atomisotopen innerhalb des kompletten Tisches von nuclides. Plutonium 238, curium-244 und Strontium 90 ist die meistenteils zitierten Kandidat-Isotope, aber andere Isotope wie Polonium 210, Promethium 147, Cäsium 137, Cerium 144, Ruthenium 106, Kobalt 60, curium-242 und Thulium-Isotope sind auch studiert worden.

Pu, Sr

Plutonium 238 hat die niedrigsten Abschirmungsvoraussetzungen und längste Halbwertzeit; seine Energieproduktion ist 0.54 Kilowatt pro Kilogramm. Nur drei Kandidat-Isotope entsprechen dem letzten Kriterium (nicht alle werden oben verzeichnet), und brauchen weniger als 25 Mm der Leitungsabschirmung, um Radiation darin zu behalten. Pu (der beste von diesen drei) braucht weniger als 2.5 Mm, und in vielen Fällen ist keine Abschirmung in einem Pu RTG erforderlich, weil die Umkleidung von sich entsprechend ist. Pu ist der am weitesten verwendete Brennstoff für RTGs, in der Form von Plutonium (IV) Oxyd (PuO) geworden. Pu hat eine Halbwertzeit von 87.7 Jahren, angemessener Macht-Dichte, und außergewöhnlich niedrigem Gamma und Neutronstrahlenniveaus.

Strontium 90 verlangt auch wenig Abschirmung, weil es durch die β Emission mit der unwesentlichen γ Emission verfällt. Während seine Hälfte des Lebens von 28.8 Jahren viel kürzer ist als dieser von Pu, hat es auch eine viel niedrigere Zerfall-Energie. So ist seine Macht-Dichte nur 0.46 Kilowatt pro Kilogramm. Weil die Energieproduktion niedriger ist, erreicht sie niedrigere Temperaturen als Pu, der tiefer auf RTG Leistungsfähigkeit hinausläuft. Sr ist ein Abfallprodukt des hohen Ertrags der Atomspaltung und ist in großen Mengen zu einem niedrigen Preis verfügbar.

Po

Ein Prototyp RTGs, zuerst gebaut 1958 von der US-Atomenergie-Kommission, hat Polonium 210 verwendet. Dieses Isotop stellt phänomenale Macht-Dichte wegen seiner hohen radioaktiven Tätigkeit zur Verfügung, aber hat Gebrauch wegen seiner sehr kurzen Halbwertzeit von 138 Tagen wieder wegen seiner hohen Tätigkeit beschränkt. Ein Kilogramm von reinem Po in der Form eines Würfels würde ungefähr 48 Mm (ungefähr 2 Zoll) auf einer Seite sein und ungefähr 140 Kilowatt ausstrahlen. Die Hitze des Schmelzens ist über 60kJ/kg, die Hitze der ungefähr 10mal größeren Eindampfung. Wenn es kein effizientes Abkühlen, selbst gibt, ist Heizung der Macht für das Schmelzen und dann teilweise Verdunsten von sich genügend.

Cm, die Vereinigten Staaten, der Am

Curium-242 und curium-244 sind auch ebenso studiert worden, aber verlangen schwere Abschirmung für das Gamma und die von der spontanen Spaltung erzeugte Neutronradiation.

Americium 241 ist ein potenzielles Kandidat-Isotop mit einer längeren Halbwertzeit als Pu: Am hat eine Halbwertzeit von 432 Jahren und konnte ein Gerät seit Jahrhunderten hypothetisch antreiben. Jedoch ist die Macht-Dichte von Am nur 1/4 dieser von Pu, und Am erzeugt mehr eindringende Radiation durch Zerfall-Kettenprodukte als Pu und braucht ungefähr 18 Mm Wert der Leitungsabschirmung. Trotzdem sind seine Abschirmungsvoraussetzungen in einem RTG das zweite niedrigste von allen möglichen Isotopen: Nur Pu verlangt weniger. Mit einer aktuellen globalen Knappheit an Pu wird ein näherer Blick dem Am gegeben.

Lebensdauer

Die meisten RTGs verwenden Pu, der mit einer Halbwertzeit von 87.7 Jahren verfällt. RTGs, der dieses Material verwendet, wird sich deshalb in der Macht-Produktion durch 0.787 % ihrer Kapazität pro Jahr vermindern. 23 Jahre nach der Produktion wird solch ein RTG in der Macht um 16.6 %, d. h. Versorgung 83.4 % seiner anfänglichen Produktion abgenommen haben. So, mit einer Startkapazität von 470 W, nach 23 Jahren würde es eine Kapazität von 392 W haben. Jedoch bauen sich die bimetallischen Thermoelemente, die verwendet sind, um Thermalenergie in die elektrische Energie umzuwandeln, ebenso ab; am Anfang 2001 die vom Reisenden erzeugte Macht war RTGs auf 315 W für den Reisenden 1 und zu 319 W für den Reisenden 2 gefallen. Deshalb Anfang 2001 arbeiteten die RTGs an ungefähr 67 % ihrer ursprünglichen Kapazität statt der erwarteten 83.4 %.

Diese Lebensdauer ist von besonderer Wichtigkeit während der Mission von Galileo gewesen. Ursprünglich beabsichtigt, um 1986 loszufahren, wurde es durch den Raumfähre-Herausforderer-Unfall verzögert. Wegen dieses ungeahnten Ereignisses musste die Untersuchung in der Lagerung seit 4 Jahren vor dem Stapellauf 1989 sitzen. Nachher war sein RTGs etwas verfallen, Wiederplanung des Macht-Budgets für die Mission nötig machend.

Leistungsfähigkeit

RTGs verwenden thermoelektrische Paare oder "Thermoelemente", um Hitze vom radioaktiven Material in die Elektrizität umzuwandeln. Thermoelemente, obwohl sehr zuverlässig und andauernd, sind sehr ineffizient; die Wirksamkeit über 10 % ist nie erreicht worden, und die meisten RTGs haben Wirksamkeit zwischen 3-7 %. Thermoelektrische Materialien in Raummissionen haben bis heute Silikongermanium-Legierung eingeschlossen, führen Sie telluride und tellurides des Antimons, Germaniums und Silbers (ANHÄNGSEL). Studien sind auf der sich verbessernden Leistungsfähigkeit durch das Verwenden anderer Technologien getan worden, um Elektrizität von der Hitze zu erzeugen. Das Erzielen höherer Leistungsfähigkeit würde bedeuten, dass weniger radioaktiver Brennstoff erforderlich ist, um denselben Betrag der Macht, und deshalb ein leichteres gesamtes Gewicht für den Generator zu erzeugen. Das ist ein kritisch wichtiger Faktor in Spaceflight-Start-Kostenrücksichten.

Ein thermionischer Konverter - ein Energieumwandlungsgerät, das sich auf den Grundsatz der thermionischen Emission verlässt — kann Wirksamkeit zwischen 10-20 % erreichen, aber verlangt höhere Temperaturen als diejenigen, an denen normale RTGs laufen. Ein Prototyp Po RTGs hat thermionics verwendet, und potenziell konnten andere äußerst radioaktive Isotope auch Macht dadurch zur Verfügung stellen bedeutet, aber kurze Halbwertzeiten machen diese unausführbar. Mehrere raumgebundene Kernreaktoren haben thermionics verwendet, aber Kernreaktoren sind gewöhnlich zu schwer, um auf den meisten Raumsonden zu verwenden.

Zellen von Thermophotovoltaic arbeiten durch dieselben Grundsätze wie eine photovoltaic Zelle, außer dass sie Infrarotlicht umwandeln, das durch ein heißes sichtbares aber nicht Oberflächenlicht in die Elektrizität ausgestrahlt ist. Zellen von Thermophotovoltaic haben eine Leistungsfähigkeit ein bisschen höher als Thermoelemente und können oben auf Thermoelementen überzogen werden, potenziell Leistungsfähigkeit verdoppelnd. Systeme mit durch elektrische Heizgeräte vorgetäuschten Radioisotop-Generatoren haben Wirksamkeit von 20 % demonstriert, aber sind mit wirklichen Radioisotopen nicht geprüft worden. Einige theoretische thermophotovoltaic Zelldesigns haben Wirksamkeit bis zu 30 %, aber diese müssen noch gebaut oder bestätigt werden. Zellen von Thermophotovoltaic und Silikonthermoelemente bauen sich schneller ab als Thermoelemente besonders in Gegenwart von der ionisierenden Strahlung.

Dynamische Generatoren können Macht an mehr als 4mal der Umwandlungsleistungsfähigkeit von RTGs zur Verfügung stellen. NASA und HIRSCHKUH haben eine folgende Generation entwickelt, die Radioisotop-angetriebene Macht-Quelle Stirling Radioisotope Generator (SRG) genannt hat, der freien Kolben mit geradlinigen Wechselstromgeneratoren verbundene Motoren von Stirling verwendet, um Hitze zur Elektrizität umzuwandeln. SRG Prototypen haben eine durchschnittliche Leistungsfähigkeit von 23 % demonstriert. Größere Leistungsfähigkeit kann durch die Erhöhung des Temperaturverhältnisses zwischen den heißen und kalten Enden des Generators erreicht werden. Der Gebrauch, sich mit bewegenden Teilen in Verbindung nichtzusetzen, flexural Lager und eine hermetisch gesiegelte Umgebung ohne Schmierung in Testeinheiten nichterniedrigend, hat keine merkliche Degradierung im Laufe Jahre der Operation demonstriert. Experimentelle Ergebnisse demonstrieren, dass ein SRG fortsetzen konnte, seit Jahrzehnten ohne Wartung zu laufen. Vibrieren kann als eine Sorge durch die Durchführung des dynamischen Ausgleichens oder Gebrauches der doppelentgegengesetzten Kolbenbewegung beseitigt werden. Potenzielle Anwendungen eines Radioisotop-Macht-Systems von Stirling schließen Erforschung und Wissenschaftsmissionen zum tiefen Raum, Mars und dem Mond ein.

Sicherheit

Radioaktive Verunreinigung

RTGs kann eine Gefahr der radioaktiven Verunreinigung aufstellen: Wenn der Behälter, der die Kraftstoffleckstellen hält, das radioaktive Material die Umgebung verseuchen kann.

Für das Raumfahrzeug ist die Hauptsorge, dass, wenn ein Unfall während des Starts oder eines nachfolgenden Durchgangs eines Raumfahrzeugs in der Nähe von der Erde vorkommen sollte, schädliches Material in die Atmosphäre veröffentlicht werden konnte; und ihr Gebrauch im Raumfahrzeug und anderswohin hat Meinungsverschiedenheit angezogen.

Jedoch wird dieses Ereignis wahrscheinlich mit RTG aktuellen Tonne-Designs nicht betrachtet. Zum Beispiel hat die Umweltauswirkungsstudie für die 1997 gestartete Untersuchung von Cassini-Huygens die Wahrscheinlichkeit von Verunreinigungsunfällen in verschiedenen Stufen in der Mission geschätzt. Die Wahrscheinlichkeit eines Unfallauftretens, das radioaktive Ausgabe von ein oder mehr von seinen 3 RTGs (oder von seinen 129 Radioisotop-Heizungseinheiten) während der ersten 3.5 Minuten im Anschluss an den Start verursacht hat, wurde auf 1 in 1,400 geschätzt; die Chancen einer Ausgabe später im Aufstieg in die Bahn waren 1 in 476; danach ist die Wahrscheinlichkeit einer zufälligen Ausgabe scharf zu weniger als 1 in einer Million zurückgegangen. Wenn ein Unfall, der das Potenzial hatte, um Verunreinigung zu verursachen, während der Start-Phasen vorgekommen ist (wie das Raumfahrzeug, das scheitert, Bahn zu erreichen), wurde die Wahrscheinlichkeit der Verunreinigung, die wirklich durch den RTGs wird verursacht, auf ungefähr 1 in 10 geschätzt. Auf jeden Fall war der Start erfolgreich, und Cassini-Huygens hat Saturn erreicht.

Das Plutonium 238 verwendete in diesen RTGs hat eine Halbwertzeit von 87.74 Jahren, im Gegensatz zur 24,110-jährigen Halbwertzeit von Plutonium 239 verwendete in Kernwaffen und Reaktoren. Eine Folge der kürzeren Halbwertzeit ist, dass Plutonium 238 ungefähr 275mal radioaktiver ist als Plutonium 239 (d. h. 17.3 Ci/g im Vergleich zu 0.063 Ci/g). Zum Beispiel erleben 3.6 Kg Plutonium 238 dieselbe Zahl des radioaktiven Zerfalls pro Sekunde als 1 Tonne Plutonium 239. Da die Krankhaftigkeit der zwei Isotope in Bezug auf die absorbierte Radioaktivität fast genau dasselbe ist, ist Plutonium 238 durch das Gewicht ungefähr 275mal toxischer als Plutonium 239.

Die Alpha-Radiation, die entweder durch das Isotop ausgestrahlt ist, wird in die Haut nicht eindringen, aber es kann innere Organe bestrahlen, wenn Plutonium eingeatmet oder aufgenommen wird. Besonders gefährdet ist das Skelett, dessen Oberfläche wahrscheinlich das Isotop und die Leber absorbieren wird, wo sich das Isotop versammeln und konzentriert werden wird.

Es hat mehrere bekannte Unfälle gegeben, die RTG-angetriebenes Raumfahrzeug einschließen:

1. Der erste war ein Start-Misserfolg am 21. April 1964 in der die Vereinigten Staaten. Transit-5BN-3 Navigationssatellit hat gescheitert, Bahn und ganz verbrannt auf dem Wiedereintritt nördlich von Madagaskar zu erreichen. 17,000 Ci (630 TBq) Plutonium-Metallbrennstoff in seinem SCHNELL-9A RTG wurde in die Atmosphäre über die Südliche Halbkugel eingespritzt, wo es, und Spuren von Plutonium 238 ausgebrannt ist, wurden im Gebiet ein paar Monate später entdeckt.
2. Das zweite war der Nimbus b-1 Wettersatellit, dessen Boosterrakete kurz nach dem Start am 21. Mai 1968 wegen der unregelmäßigen Schussbahn absichtlich zerstört wurde. Gestartet vom Vandenberg Luftwaffenstützpunkt sein SCHNAPPEN wurden 19 RTG, die relativ träges Plutonium-Dioxyd enthalten, intakt vom Meeresboden im Santa Barbara Kanal fünf Monate später wieder erlangt, und keine Umweltverunreinigung wurde entdeckt.
3. Noch zwei waren Misserfolge von sowjetischen Missionen von Weltall, die RTG-angetriebene Mondrover 1969 enthalten, von denen beide veröffentlichte Radioaktivität weil sie ausgebrannt sind.
4. Der Misserfolg des Apollos 13 Mission hat im April 1970 bedeutet, dass das Mondmodul in die Atmosphäre wiedereingegangen ist, die einen RTG trägt, und über die Fidschiinseln ausgebrannt ist. Es hat ein SCHNAPPEN 27 RTG getragen, die 44,500 Curie (1,650 TBq) des Plutonium-Dioxyds enthalten, das Wiedereintritt in die intakte Atmosphäre der Erde überlebt hat, weil es entworfen wurde, um, die Schussbahn zu tun, die wird einordnet, so dass es in 6-9 Kilometer Wasser im Graben von Tonga im Pazifischen Ozean eintauchen würde. Die Abwesenheit von Plutonium, das 238 Verunreinigung im atmosphärischen und Meerwasser-Stichprobenerhebung der Annahme bestätigt haben, dass die Tonne auf dem Meeresboden intakt ist. Wie man erwartet, enthält die Tonne den Brennstoff für mindestens 10 Halbwertzeiten (d. h. 870 Jahre). Das US-Energieministerium hat Meerwasser-Tests geführt und beschlossen, dass die Grafit-Umkleidung, die entworfen wurde, um Wiedereintritt zu widerstehen, stabil ist und keine Ausgabe von Plutonium vorkommen sollte. Nachfolgende Untersuchungen haben keine Zunahme in der natürlichen Hintergrundradiation im Gebiet gefunden. Der Apollo 13 Unfall vertritt ein äußerstes Drehbuch wegen der hohen Wiedereintritt-Geschwindigkeiten des Handwerks, das vom cislunar Raum zurückkehrt. Dieser Unfall hat gedient, um das Design der späteren Generation RTGs als hoch sicher gültig zu machen.

Es gab auch fünf Misserfolge, die mit sowjetischen oder russischen Raumfahrzeugen verbunden sind, die Kernreaktoren aber nicht RTGs zwischen 1973 und 1993 trugen (sieh RORSAT).

Um die Gefahr des radioaktiven Materials zu minimieren, das wird veröffentlicht, wird der Brennstoff in individuellen Moduleinheiten mit ihrer eigenen Hitzeabschirmung versorgt. Sie werden durch eine Schicht von Iridium-Metall umgeben und in Grafit-Blöcken der hohen Kraft eingeschlossen. Diese zwei Materialien sind Korrosion - und hitzebeständig. Umgebung der Grafit-Blöcke ist ein aeroshell, entworfen, um den kompletten Zusammenbau gegen die Hitze zu schützen, in die Atmosphäre der Erde wiedereinzugehen. Der Plutonium-Brennstoff wird auch in einer keramischen Form versorgt, die hitzebeständig ist, die Gefahr der Eindampfung und aerosolization minimierend. Die Keramik ist auch hoch unlöslich.

Der neuste Unfall, der ein Raumfahrzeug RTG einschließt, war der Misserfolg des russischen Mars 96 Untersuchungsstart am 16. November 1996. Wie man annimmt, haben die zwei RTGs, die an Bord in ganzen 200 g von Plutonium getragen sind, und Wiedereintritt überlebt, weil sie entworfen wurden, um zu tun. Wie man denkt, liegen sie jetzt irgendwo in nordostsüdwestlichen laufenden ovalen 320 km lange durch 80 km breit, der 32 km östlich von Iquique, Chile in den Mittelpunkt gestellt wird.

Viele Beta-M durch die Sowjetunion erzeugter RTGs, um Leuchttürme und Leuchtfeuer anzutreiben, sind verwaiste Quellen der Radiation geworden. Mehrere dieser Einheiten sind für Stück-Metall ungesetzlich demontiert worden, das auf die ganze Aussetzung der Sr-90 Quelle hinausläuft, die in den Ozean gefallen ist, oder haben fehlerhafte Abschirmung wegen des schlechten Designs oder Sachschadens. Das US-Verteidigungsministerium-Konsumverein-Drohungsverminderungsprogramm hat Sorge ausgedrückt, dass das Material von der Beta-M RTGs von Terroristen verwendet werden kann, um eine schmutzige Bombe zu bauen.

28 amerikanische Raummissionen sind Radioisotop-Energiequellen seit 1961 sicher geflogen.

Atomspaltung

RTGs und Kernkraft-Reaktoren verwenden sehr verschiedene Kernreaktionen. Kernkraft-Reaktoren verwenden kontrollierte Atomspaltung. Wenn ein Atom von Kraftstoffspaltungen von U-235 oder Pu-239, Neutronen veröffentlicht werden, die zusätzliche Spaltungen in einer Kettenreaktion an einer Rate auslösen, die mit Neutronabsorbern kontrolliert werden kann. Das ist ein Vorteil in dieser Macht kann mit der Nachfrage geändert oder völlig für die Wartung abgestellt werden. Es ist auch ein Nachteil in dieser Sorge ist erforderlich, um nicht kontrollierte Operation an gefährlich hohen Macht-Niveaus zu vermeiden.

Kettenreaktionen kommen in RTGs nicht vor, so wird Hitze an einer völlig voraussagbaren und fest abnehmenden Rate erzeugt, die nur vom Betrag des Kraftstoffisotops und seiner Halbwertzeit abhängt. Ein zufälliger Macht-Ausflug ist unmöglich. Andererseits kann Hitzegeneration nicht mit der Nachfrage geändert oder wenn nicht gefragt abgestellt werden. Hilfsmacht-Bedarf (wie wiederaufladbare Batterien) kann erforderlich sein, um Spitzenbedarf zu entsprechen, und das entsprechende Abkühlen muss zu jeder Zeit einschließlich des Vorstarts und der frühen Flugphasen einer Raummission zur Verfügung gestellt werden.

Es gibt keine Kernproliferationsgefahren, die mit Plutonium 238 vereinigt sind. Dieselben Eigenschaften, in erster Linie seine hohe spezifische Macht, die es einen wünschenswerten RTG Brennstoff machen, machen es nutzlos in Kernwaffen. Pu-238 ist fissionable, nicht spaltbar. Es wird gelegentlich spontan Spaltung, anstatt Alpha-Zerfall zu erleben, oder es kann zur Spaltung mit einer Außenquelle von schnellen durch verschiedene Fusionsreaktionen erzeugten Neutronen veranlasst werden, aber es kann die Kettenreaktion nicht stützen, die in einer primären Kernwaffenspaltung erforderlich ist. Wegen seiner relativ hohen spontanen Spaltungsrate im Vergleich zu diesem des spaltbaren Bombe-Kraftstoffisotops Pu-239 ist seine Anwesenheit, gerade als ein Verseuchungsstoff Leistung durch die Erhöhung der Wahrscheinlichkeit eines Zischens, ein niedriger Ertrag erniedrigen würde, der durch die Früheinleitung der Kettenreaktion vor optimalen Bedingungen verursacht ist, erreicht worden. Irgendwelche bedeutenden Beträge von Pu-238 würden auch Temperaturanstieg, der ständig würde zerstreut werden müssen, bis die Bombe verwendet wurde.

Pu-238 konnte im Prinzip als die tertiäre Bühne verwendet werden, um den Ertrag einer SpaltungsFusionsspaltung (thermonukleare) Waffe zu erhöhen, aber es gibt keinen Grund, es auf diese Weise zu verwenden. Natürliches oder sogar entleertes Uran wird auch Spaltung mit schnellen Fusionsneutronen, viel mehr sogleich verfügbar sein, und erzeugt im Wesentlichen keine Hitze in der Lagerung.

Pu-238 konnte denkbar in einer radiologischen oder schmutzigen Bombe verwendet werden, um die bedeutende öffentliche Angst vor Plutonium auszunutzen.

RTG für interstellare Untersuchungen

RTG sind für den Gebrauch auf realistischen interstellaren Vorgänger-Missionen und interstellaren Untersuchungen vorgeschlagen worden. Ein Beispiel davon ist der Innovative Interstellare Forscher (2003-Ströme-)-Vorschlag von NASA.

Ein RTG das Verwenden von Am wurde für diesen Typ der Mission 2002 vorgeschlagen. Das konnte Missionserweiterungen bis zu 1000 Jahre auf der interstellaren Untersuchung unterstützen, weil die Macht-Produktion auf lange Sicht stabiler sein würde als Plutonium. Andere Isotope für RTG wurden auch in der Studie untersucht, auf Charakterzüge wie Watt/Gramm, Halbwertzeit und Zerfall-Produkte schauend. Ein interstellarer Untersuchungsvorschlag von 1999 hat angedeutet, drei fortgeschrittene Radioisotop-Macht-Quelle (ARPS) zu verwenden.

Die RTG Elektrizität kann verwendet werden, um wissenschaftliche Instrumente und Kommunikation zur Erde auf den Untersuchungen anzutreiben. Eine Mission hat vorgehabt, die Elektrizität zu verwenden, um Ion-Motoren anzutreiben, dieses Methode-Radioisotop elektrischen Antrieb (REP) nennend.

Modelle

Ein typischer RTG wird durch den Strahlungszerfall angetrieben und zeigt Elektrizität von der thermoelektrischen Konvertierung, aber wegen Kenntnisse werden einige Systeme mit einigen Schwankungen auf diesem Konzept hier eingeschlossen:

Raum

MHW = Mehrhundert Watt

Der ASRG ist nicht wirklich ein RTG, er verwendet ein stirling Macht-Gerät, das auf dem Radioisotop läuft (sieh stirling Radioisotop-Generator)

Der BES-5 Buk Reaktor war ein schneller Züchter-Reaktor, der auf Halbleitern gestützte Thermoelemente verwendet hat, um Hitze direkt in die Elektrizität umzuwandeln.

Das SCHNELL-10A hat bereicherten Uran-Brennstoff, Zirkonium hydride als ein Vorsitzender, flüssiges Natriumskalium-Legierungskühlmittel verwendet, und wurde aktiviert oder mit Beryllium-Reflektoren ausgeschaltet. Reaktorhitze hat ein thermoelektrisches Umwandlungssystem für die elektrische Produktion gefüttert.

Irdisch

Kernkraft-Systeme im Raum

Bekannte Systeme des Raumfahrzeugs/Kernkraft und ihr Schicksal. Systeme stehen einer Vielfalt von Schicksalen zum Beispiel gegenüber, das SCHNAPPEN von Apollo 27 wurden auf dem Mond verlassen. Einige andere Raumfahrzeuge haben auch kleine Radioisotop-Heizungen, zum Beispiel hat jeder der Erforschungsrover von Mars eine 1-Watt-Radioisotop-Heizung. Raumfahrzeuge verwenden verschiedene Beträge des Materials, zum Beispiel hat MSL Wissbegierde 4.8 Kg Plutonium 238 Dioxyd, während das Raumfahrzeug von Cassini 32.7 Kg hat.

Zum Vergleich, einige von verschiedenen raumgewehten Spaltungsreaktorsystemen:

Siehe auch

• Radioaktives Isotop
• Atombatterie
• Betavoltaics
• Optoelectric Kernbatterie
• Radioisotop-Heizungseinheiten
• Alkalisches Metall, das zum elektrischen Konverter thermisch

ist

• Fortgeschrittener Stirling Radioisotop-Generator

Referenzen

• Die Sicherheitsdiskussion des RTGs auf der Mission von Cassini-Huygens verwendet.
• Der Bericht von Bellona über RTG Leuchttürme.
• Kernkraft im Raum (PDF)
• Ausführlicher Bericht über Cassini RTG (PDF)
• Ausführlicher Vortrag auf RTG Brennstoffen (PDF)
• Ausführliche Karte aller Radioisotope
• Stirling Thermoelectic Generator
• Giftigkeitsprofil für Plutonium, Agentur für Toxische Substanzen und Krankheitsregistrierung, amerikanischen Gesundheitswesen-Dienst, Dezember 1990
• Umweltauswirkung der Mission von Cassini-Huygens.
• Die Erweiterung von Grenzen mit Radioisotop-Macht-Systemen (PDF)

Außenverbindungen

• Radioisotop-Macht-Systemwebsite von NASA - RTG Seite
• NASA JPL Anweisung, Grenzen mit Radioisotop-Macht-Systemen Ausbreitend - gibt RTG Information und eine Verbindung zu einer längeren Präsentation
• SpaceViews: Die Cassini RTG diskutieren
• Stirling Radioisotop-Generator
• HIRSCHKUH-Beiträge - gute Verbindungen
• Idaho nationales Laboratorium - Erzeuger von RTGs
• Idaho MMRTG Nationale Laborseite mit der photobasierten "virtuellen Tour"