Изотопы для ледяных лун

Форум Контакты RSS		ENGLISH

AtomInfo.Ru, ОПУБЛИКОВАНО 31.05.2019

В феврале 2019 года в Ричланде (США) прошла конференция американского ядерного общества, посвящённая различным вопросам применения ядерных технологий в космосе.

В одном из докладов (авторы - Д.Крамер и др.) был рассмотрен вопрос о выборе изотопов для РИТЭГов, которые могут применяться в программах по исследованию ледяных спутников Солнечной системы.

Миссия на Европу

Поверхность ледяных спутников состоит, в основном, из водяного льда. Есть гипотезы, что под этой поверхностью может находиться океан, пригодный для некоторых форм жизни. Один из наиболее известных ледяных спутников - Европа, спутник Юпитера, открытый Галилеем.

В планах НАСА на далёкую перспективу - отправить на Европу зонд, способный пробурить километры льда и добраться до подлёдного океана.

Решение этой задачи станет весьма энергоёмким для космоса. Предварительные расчёты показывают, что для бурения льда понадобится тепловая мощность порядка 7,5 кВт(т). Если по-прежнему ориентироваться на РИТЭГи из плутония-238, то загрузка по ²³⁸PuO₂ составит 17-18 кг, что очень много.

Авторы доклада на конференции в Ричланде рассмотрели альтернативные варианты источников для РИТЭГов для миссий, подобных бурению на Европе.

Изотопные генераторы в таких миссиях должны сохранять работоспособность и обеспечивать выдачу энергии в требуемых объёмах на протяжении многих лет. Так, для миссии на Европе в статье было принято, что бурение начнётся спустя 10 лет после запуска космического аппарата с Земли и продлится пять лет.

Теоретически подобным условиям работы отвечают сотни радиоизотопов. Но есть набор требований, который резко сокращает список претендентов, и требование по периоду полураспада - лишь одно из них. Изотоп должен быть доступен, должна быть отработана технология получения образцов с нужными удельными активностями, а также технология производства изотопа в неметаллической форме. Кроме того, желательно, чтобы изотоп был альфа- или бета-излучателем с низкими энергиями гамма-квантов.

Изотопы-кандидаты

Авторы доклада выбрали для более детального анализа семь возможных кандидатов. В их числе как освоенный в космосе плутоний-238, так и более экзотические варианты - например, кюрий-244.

У функции, связывающей для требуемой мощности массу изотопа с его периодом полураспада, есть минимум, соответствующий оптимальному выбору изотопа как источника для РИТЭГов.

Ниже приводится график для мощности 7,5 кВт(т) для 15-летней миссии - правда, рассчитанный авторами с большим количеством приближений. Если взять график за основу, то очевидно, что один из лучших выборов изотопа - кюрий-244.

Изотоп ²⁴⁴Cm рассматривался в 60-70-ые годы как изотоп для космических РИТЭГов, но проиграл тогда конкуренцию плутонию-238. Наиболее вероятно, что его отвергли по причине малого периода полураспада. Но для проекта по бурению на Европе данный фактор работает в плюс - кюрия-244 потребуется в четыре раза меньше по массе, чем плутония-238 (4,5 кг против 18 кг).

В Окридже выполнен комплекс работ по изучению свойств ²⁴⁴Cm с точки зрения его применения в изотопных генераторах. В частности, изучались возможности получения кюрия-244 из ОЯТ, долговременная совместимость оксида ²⁴⁴Cm₂O₃ с различными материалами при высоких температурах, вопросы производства таблеток из ²⁴⁴Cm₂O₃, а также вопросы, касающиеся выхода гелия из ²⁴⁴Cm₂O₃. Полученные результаты позволяют рассуждать о кюрии-244 как о привлекательном кандидате для использования в полёте на Европу.

Ещё лучше с точки зрения требования по массе выглядит уран-232. Сам по себе, данный изотоп обладает достаточно большим периодом полураспада (по данным из чарта МАГАТЭ, это 68,9 лет). Но продуктом распада является торий-228 (1,9 лет), и такая комбинация позволит сократить требуемую массу начальной загрузки урана-232 до 2 кг - если, конечно, будут решены все связанные технические проблемы.

А кандидатом, требующим минимальной массы, оказался полоний-208. Между прочим, он был одним из первых изотопов, на которые обратили внимание в космической отрасли. В 50-ые годы в США стартовала программа по наработке ²⁰⁸Po на ускорителях по реакции ²⁰⁹Bi(p,2n)²⁰⁸Po. Ускорительная техника той эпохи оставляла желать лучшего, и программа была свёрнута из-за малых объёмов наработки. Сегодня возможности ускорителей, несомненно, стали выше.

Преимущество полония-208 состоит в том, что он практически чистый альфа-излучатель с минимальным гамма-излучением. Основной недостаток, по мнению докладчиков - недостаточно изученная химия оксидов ²⁰⁸Po. Если химики дадут добро, то для миссии по бурению на Европе может понадобиться всего 1,6 кг этого изотопа.

Ключевые слова: Радиоизотопы, Космические реакторы, США, Статьи

Другие новости:

Росатом планирует начать строительство АЭС в Узбекистане на рубеже 2020-2021 годов

Станция будет строиться на площадке "Айдаркуль".

"Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР" - фоторепортаж о конференции

Конференция начала работу 21 мая 2019 года в Подольске.

На строящемся энергоблоке ВВЭР-1200 Ленинградской АЭС-2 начался пролив технологических систем на открытый реактор

Операция началась 18 мая.

Герой дня

Алексей Дуб: 3D-печать - сложное направление

Они интересны тем, что это сложное технологическое направление. Оно включает в себя вопросы машиностроения и материаловедения (превращение порошковых материалов или проволоки в конечное изделие).

ИНТЕРВЬЮ

Ян Здебор
Я очень рад, что мне снова повезло принять участие в работе этой конференции. Во-первых, она очень полезна для всех, кто заинтересован в технологии ВВЭР - эксплуатирует, строит или собирается их строить. Во-вторых, участие в работе конференции даёт возможность для встреч с коллегами.

МНЕНИЕ

AtomInfo.Ru
В двухкомпонентной атомной энергетике России будут сосуществовать как реакторы ВВЭР, так и реакторы на быстрых нейтронах. Важно отметить, что в качестве базового принят синергетический принцип развития обеих компонент.