Мощность ритэг: «сердца» космических роботов, или оружие террористов?

Содержание

«сердца» космических роботов, или оружие террористов?

Космические технологии являются технологиями двойного использования. Этот хрестоматийный факт известен даже школьникам. Когда-то германско-американский конструктор Вернер фон Браун, создавший ракету-носитель «Сатурн-5», которая доставила людей на Луну, выразил данную особенность космической техники с помощью такой аллегории: скальпель хирурга, проникший в тело пациента на несколько миллиметров больше допустимого, вместо выздоровления может принести смерть…

Относится это наблюдение и к теме данной статьи, обеспечивая ей вполне детективное начало. 23 августа газета «Известия» опубликовала материал под названием: «Две энергоустановки для питания автономных маяков на Севморпути бесследно исчезли».

Заголовок этот вряд ли мог вызвать повышенный читательский интерес.

Исчезли, ну и исчезли – в современной России каждый день что-нибудь исчезает, причем по масштабам и стоимости куда больше, чем пара энергоустановок для маяков. «Зацепить» читателя могла дальнейшая информация, содержавшаяся в статье: данные энергоустановки, которые вполне могли быть похищены, являются своего рода «ядерными батарейками», обладающими смертельным для человека излучением.

А вот эти строки в голове у человека осведомленного могли вызвать воспоминания в виде отрывков из сообщений СМИ: «террористы могут получить доступ к ядерным хранилищам бывшего СССР», «грязная бомба», «в России не досчитались «ядерных чемоданчиков»» и т. д… И почва для подобных ассоциаций, увы, есть.

Имя его РИТЭГ

Это непонятное для обывателя слово является аббревиатурой еще более туманного для широкой читательской аудитории словосочетания «Радиоизотопный термоэлектрический генератор». А между тем устройство, скрывающееся за этими названиями, даёт в буквальном смысле слова жизнь приборам и механизмам, которые нередко занимают центральные места в сообщениях СМИ.

Вспомним: «Вояджеры», «Кьюриосити», «Галилей», «Кассини», «Новые горизонты»… Имена этих космических аппаратов (КА) давно стали синонимом высших достижений человеческого разума, его непрекращающегося стремления познавать новое и одновременно расширять деятельности людей за пределы Земли.

Работая на большом удалении от Солнца, данные КА получают энергию не от традиционных солнечных батарей, а от РИТЭГов, которые питают их «мозги» (компьютеры), «органы чувств» (датчики и антенны), а в случае с «Кьюриоисити» – еще «ноги» и «руку» (двигатель и выносную управляемую штангу с лазером).

А топливом для РИТЭГов является плутоний-238. Блок этого радиоактивного элемента размером с кулак, раскаляется докрасна в результате процессов распада, которые в нем идут, и вполне может в течение многих лет удовлетворять голод КА, работающего где-нибудь на границе Солнечной системы, или за ее пределами.

«Аппетиты» у КА разные. «Галилей», вращавшийся вокруг Юпитера, потребовал 15,6 кг плутония-238. По прожорливости его явно превзошел направленный к Сатурну и его спутникам КА «Кассини», в РИТЭГ которого было загружено 32,7 кг этого радиоактивного топлива. КА «Новые горизонты», следующий в настоящее время к Плутону, ограничился лишь 10,9 кг плутония-238.

По сравнению с ними «Кьюриосити» – «малоежка».

На два гарантированных земных года работы на поверхности Марса ему понадобилось всего 4,77 кг радиоактивной «еды». Однако, энергии в его РИТЭГе может хватить на 10-15 лет путешествия по Красной планете и ее исследования.

Без хлеба не бывает зрелищ

Этот принцип действует в отношении КА, особенно тех, которым приходится работать в «дальнем» космосе на большом удалении от Солнца. Без радиоактивного «хлеба» в их РИТЭГах человечеству не увидеть «глазами» этих роботов то, что не разглядеть с Земли даже в самый мощный телескоп.

Но так раз с этим «хлебом» у США и возникли проблемы. Дело в том, что в конце 1980-х годов Соединенные Штаты закрыли в местечке под названием Саванна Ривер в Южной Каролине производство плутония-238. Сделано это было по соображениям безопасности. Больше нигде данный радиоактивный элемент в США не производился.

После этого Америка закупала плутоний-238 у России. Но, то ли из-за истощения запасов этого материала в самой России, то ли по каким-то другим причинам, но РФ ввела двухгодичный мораторий в 2010-2011 годах на поставку плутония-238 в США.

Стало очевидно, что Соединенным Штатам придется возобновить собственное производство плутония-238, или зависеть по критически важным компонентам будущих миссий своих КА в «дальний» космос от России. Подобная перспектива отнюдь не радовала Вашингтон, особенно с учетом усложнившихся отношений с Москвой, несмотря на политику «перезагрузки» двусторонних отношений, начатой администрацией Барака Обамы.

В итоге США совместными усилиями НАСА и Министерства энергетики возобновили в 2013 году производство плутония-238. Сделано это было в Национальной лаборатории, расположенной в Оак-Ридж, штат Теннеси. В результате облучения нептуния-237 нейтронами в течение месяца удалось получить небольшое количество плутония-238. После того, как производство выйдет на проектную мощность, США надеются получать от 1,5 до 2 килограммов данного элемента в год.

Американские эксперты рады «своему» плутонию-238 не только потому, что перестали зависеть от российских поставок этого топлива для КА. Произведенный в США плутоний заметно свежее, чем тот, который Америка получала из России (период полураспада плутония-238 составляет 87,8 лет, а потому данный элемент 20-ти, или 30-ти летней давности уже не несет в себе такой запас энергии, как «новорожденный»).

Чем меньше ешь, тем меньше стоишь и меньше соришь

Данное наблюдение также полностью применимо к КА. Производство плутония-238 является весьма дорогостоящим, а потому конструкторы работают над снижением «аппетита» будущих КА, но так, чтобы это, разумеется, не сказалось на их производительности.

В настоящее время специалисты НАСА разрабатывают так называемый «Усовершенствованный РИТЭГ Стирлинга» (ASRG - Advanced Stirling Radioisotope Generator). Он сможет производить в четыре раза больше электроэнергии на один килограмм плутония-238, чем традиционный РИТЭГ. Два генератора данного типа должны поступить на испытания уже в 2016 году.

Есть поговорка: «Наши недостатки являются продолжением наших достоинств». Не избежал действия этого принципа и РИТЭГ Стирлинга. У «классических» РИТЭГов, конструкция которых основана на термопарах, лишь 5-7% энергии идет на производство электричества. Остальная часть – на разогрев плутониевого топлива.

РИТЭГ Стирлинга в роли производителя электричества, как уже отмечалось, намного эффективнее. Но… оснащенный им КА может в буквальном смысле слова замерзнуть при абсолютном нуле «дальнего» космоса. Ведь традиционный РИТЭГ производил довольно много тепла, которое шло на обогрев систем аппарата.

У РИТЭГа Стирлинга этого нет. Значит, придется подумать о каких-то дополнительных обогревателях для КА, оснащенных РИТЭГом данного типа. А это увеличит вес и стоимость аппарата. Поэтому, говорить о том, что все будущие космические роботы будут оснащены ASRG, пока преждевременно.

Но есть у РИТЭГа Стирлинга одно бесспорное преимущество перед его традиционными «собратьями», которое значительно повышает шансы на его использование в будущих космических миссиях. Чем меньше радиоактивного материала отправляется за пределы атмосферы, тем меньше радиоактивное загрязнение Земли в том случае, если ракета-носитель, выводящая на орбиту КА с плутонием, потерпит аварию.

Зачем РИТЭГи террористам и их пособникам

Но радиоактивное заражение топливом РИТЭГа может произойти не только в результате аварии ракеты-носителя, выводящего на орбиту КА с ядерной установкой на борту. Увы, это может стать следствием чьих-либо злонамеренных действий.

Возьмем уже упомянутую «грязную бомбу». Не обладая зарядом достаточной мощности, чтобы нанести поражение взрывной волной и огнем, она может просто разбросать вокруг себя радиоактивное вещество, вызвав лучевую болезнь у населения и сделав городской район, или участок сельской местности непригодными для проживания. Заманчивая перспектива для террористов, которые могли изготовить эту бомбу с использованием топлива РИТЭГа.

Но если до космических РИТЭГов, находящихся на режимных, строго охраняемых предприятиях космической отрасли злоумышленникам добраться практически невозможно, то до аналогичных устройств, используемых в других сферах человеческой деятельности, вполне вероятно.

Светят стронцием огни маяков Севморпути

Вернемся к тому, о чем упомянули в начале статьи – к пропаже на Севере двух РИТЭГов, питавших автономные маяки. Согласно «Известиям, в СССР было произведено 1007 энергоустановок данного типа для нужд морской навигации и космической отрасли.

В качестве источника энергии там использовались два радиоактивных элемента: стронций-90 и итрий-90.

В ведении Минобороны находились 414 РИТЭГов. Как правило, они использовались в качестве источников питания маяков и навигационных знаков трассы Северного морского пути на побережье и островах Северного Ледовитого океана в зоне Арктики.

Энергоустановки были спроектированы с учетом воздействия чрезвычайно суровых природных факторов и предусматривали защиту окружающей среды от излучения. Расчетный максимально возможный ресурс эксплуатации – 25 лет. К настоящему моменту он полностью исчерпан — оставшиеся в море и на побережье установки были введены в действие в период с 1974 по 1985 год.

Кроме того (а это особенно важно с учетом реалий сегодняшнего дня), конструкция навигационных знаков не предусматривала защиты от вандализма.

По данным «Известий», сейчас на Севморпути продолжает работать 56 РИТЭГов. Еще 12 используются Минобороны на Камчатке, а четыре находятся в ведении Росгидромета в Антарктиде.

191 генератор хранится на различных площадках («ДальРАО», «РосРАО», ПО «Маяк», В/О «Изотоп»).

Куда ушли РИТЭГи

В 1990-е годы маяковые генераторы выработали ресурс. Но когда началась их утилизация, выяснилось, что некоторые установки исчезли. Как рассказал «Известиям» начальник отдела по работе с изотопными источниками управления нераспространения и физической защиты Курчатовского института Александр Григорьев, часть РИТЭГов смыло в океан, несколько было потеряно при транспортировке, а судьба двух до сих пор не известна.

На месте одного из пропавших маяков – 700-килограмового устройства под названием «Гонг», установленного около полуострова Таймыр, исследовательское судно обнаружило в 2012 году лишь металлические обломки. По словам Григорьева, в зоне нахождения маяка на Таймыре «за несколько лет изменилась береговая полоса, и генератор просто замыло песком.
Однако мы обследовали это место год назад, и сам генератор обнаружить не смогли, только обломки.

Вероятно, его затянуло в океан».

Еще один генератор – 680-килограммовый «Бета-М» – пропал с мыса Кувэквын на Чукотке. Поскольку он был установлен на берегу, то замыть его, как полагает Григорьев, не могло, а потому «остается версия, что кто-то утащил».

В Институте динамики геосфер РАН считают, что в исчезновении РИТЭГов могут быть повинны охотники за металлоломом. «На Кольском полуострове были случаи, когда местные жители вскрывали установки, чтобы продать их на металлолом, и, естественно, получали смертельную дозу облучения», – рассказал «Известиям» сотрудник института Алексей Пустовалов.

По данным НКО «Беллона», приведенным в издании, с 1987 по 2004 год было зафиксировано девять случаев разграбления РИТЭГов, три аварийных сброса генераторов с транспортного вертолета, три раза были выявлены утечки радиации по причине недостатков конструкции. Кроме того, два РИТЭГа были потеряны под слоем грунта, и в одном случае не удалось установить причины механических повреждений корпуса.

Охотников за металлоломом явно подводят пробелы в знаниях физики на уровне средней школы. По словам Пустовалова, период полураспада стронция-90, которым заряжены РИТЭГи, составляет около 300 лет. Все это время он продолжает фонить. Поэтому металлы, из которого сделаны установки, – нержавеющая сталь, свинец, алюминий, обедненный уран – непригодны для дальнейшей переработки.

Тем не менее, части РИТЭГов, как отмечается в «Известиях», обнаруживались в самых неожиданных местах. Три вскрытых и фонящих генератора были обнаружены в 1997 году на угольном складе в Душанбе, в 1998 году фрагменты РИТЭГа нашли в пункте приема металла в Сахалинской области, а в 1999 году топливную капсулу со стронцием нашли даже на автобусной остановке в Ленинградской области.

Остается лишь надеяться, что похитители этих генераторов охотились только за металлом, из которого они были сделаны, а не за топливом, которое в них использовалось.

Элетролит, ветра и солнце идут на смену стронцию

По данным газеты, сейчас на Севморпути продолжает работать 56 РИТЭГов. Еще 12 используются Минобороны на Камчатке, а четыре находятся в ведении Росгидромета в Антарктиде. 191 генератор хранится на различных площадках («ДальРАО», «РосРАО», ПО «Маяк», В/О «Изотоп»).

До 2014 года в рамках Федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года» Россия должна утилизировать 269 радиоизотопных генераторов. Восемь из них находятся на материковом побережье и островах моря Лаптевых.

Означает ли это, что вместе с РИТЭГами канут в прошлое и автономные маяки, которые их использовали? Отнюдь. Маяки эти теперь оборудуют химическими, солнечными и ветровыми источниками питания. А финансовую помощь в утилизации радиоактивных генераторов России оказывают Норвегия, США и Франция.

Вместо послесловия

Этот раздел статьи можно было также назвать «Эхо ‘холодной войны‘». В середине августа газета The Washington Post опубликовала материал под названием: «Спасая мир у Плутониевой горы». В нем говорилось об усилиях российских, казахских и американских специалистов, направленных на обеспечение безопасности бывшего ядерного полигона в Семипалатинске. В свое время Советский Союз произвел там 450 ядерных взрывов.

Финансирование работ осуществлялось за счет американской программы, созданной еще в 1991 году. Она получила название Нанн-Лугар в честь ее авторов: сенаторов Сэма Нанна и Ричарда Лугара. Цель данной программы было максимально снизить риск, который мог исходить с территории бывшего СССР от оружия массового поражения, или тех материалов, которые могли быть использованы для его изготовления.

В материале The Washington Post довольно подробно рассказывается о том, как были запечатаны бетонными колпаками шахты Семипалатинска, которые могли быть использованы для ядерных испытаний. По завершению этих работ выяснилось, что под расположенной там же горной грядой Дегелен есть сеть туннелей, в которых могло находиться до 100 килограммов оружейного плутония-239.

Этого количества вполне хватило бы для производства, как минимум шести атомных бомб. В срочном порядке входы в эти тоннели были также запечатаны. Мера отнюдь не лишняя с учетом того, что жители близлежащих населенных пунктов уже задолго до этого начали активную охоту за металлами, оставшимися в подземной инфраструктуре Семипалатинска.

Но помимо «безобидного» металла, в данных шахтах и туннелях (и не только под горами Дегелен), отмечают авторы статьи Дэвид Хоффман и Эбен Харрел, остался оружейный плутоний. По некоторым данным его общая масса может достигать 200 килограммов. Период полураспада этого материала достигает почти 24 500 лет. И как знать, не попытается ли кто-нибудь за этот срок добраться до него с целью получения средства ядерного шантажа?

Человечество пока не проявило тенденции ни к более разумному, ни более безопасному поведению, а потому единственный способ предотвратить использование топлива РИТЭГов, или оружейного плутония с преступным умыслом, это максимально оградить их от попадания в руки злоумышленников. Поэтому охране и демонтажу отработавших свое ядерных генераторов должно придаваться такое же значение, как запечатыванию подземелий Семипалатинска.

Термоэлектрический радионуклидный генератор "Ангел" (РИТЭГ-238-0,1/15)

Разработки

Термоэлектрический радионуклидный генератор "Ангел" (РИТЭГ-238-0,1/15)



Предназначен для снабжения электрической энергией научных приборов и аппаратуры малой автономной станции. Создан на основе радионуклида плутоний-238. Разработан для научно-исследовательского космического комплекса "Марс-96". Может использоваться на других объектах (космических, морских, наземных), где применение иных автономных источников электрической энергии затруднено или невозможно

Особенности:

  • радиационно безопасен при эксплуатации, складском хранении и транспортировке любым видом транспорта
  • обеспечивает радиационную безопасность в случае возникновения аварий, в том числе самых тяжелых: горение ракетного топлива при пожаре на стартовой позиции; аварийный спуск в плотных слоях атмосферы, сопровождающийся сильным аэродинамическим нагревом, с последующим ударом о поверхность Земли или погружением на дно Мирового океана (в том числе на предельно большие глубины, более 11 км)

Основные технические характеристики:

   Выходная электрическая мощность, Вт не менее 0,15
   Выходное электрическое напряжение, В 15
   Мощность эквивалентной дозы на расстоянии 1 м   
   от поверхности РИТЭГ, Зв/ч (мбэр/ч)
  не более 0,55·10 (0,55)  
   Тип электрического тока постоянный
   Назначенный срок службы, лет 10
   Габаритные размеры, мм Ø85Х125
   Масса, кг 0,5

Хранение и транспортировка осуществляются в специально разработанной сертифицированной транспортной упаковке

Поставка в течение 12 месяцев с момента оформления заказа

Радиоизотопный термоэлектрический генератор - Radioisotope thermoelectric generator

Тип электрогенератора

Радиоизотопный термоэлектрический генератор ( РТГ , РИТЭГ ) является типом ядерной батареи , которая использует массив термопар для преобразования тепла , выделяемое при распаде подходящего радиоактивного материала в электричество с помощью эффекта Зеебека . Этот тип генератора не имеет движущихся частей.

РИТЭГи использовались в качестве источников энергии в спутниках , космических аппаратах и удаленных объектах без экипажа, таких как серия маяков, построенных Советским Союзом за Полярным кругом . РИТЭГи обычно являются наиболее желательным источником энергии для неуправляемых ситуаций, когда требуется несколько сотен ватт (или меньше) мощности в течение слишком долгого времени для топливных элементов , батарей или генераторов, чтобы обеспечить их экономичность, а также в местах, где солнечные элементы нецелесообразны. Безопасное использование РИТЭГов требует удержания радиоизотопов в течение длительного времени после окончания срока службы блока. Стоимость РИТЭГов, как правило, ограничивает их использование нишевыми приложениями в редких или особых ситуациях.

История

Гранулы по 238 Pu O 2 , используемый в РТГ для Кассини и Галилео задач. Эта фотография была сделана после того, как гранула была изолирована графитовым одеялом в течение нескольких минут, а затем удалена. Таблетка раскалена докрасна из-за тепла, выделяемого при радиоактивном распаде (в первую очередь α). Начальная мощность 62 Вт.

РИТЭГ был изобретен в 1954 году учеными Mound Laboratories Кеном Джорданом и Джоном Бирденом. Они были включены в Национальный зал славы изобретателей в 2013 году. Джордан и Бирден работали над контрактом с армейским корпусом связи (R-65-8-998 11-SC-03-91), начиная с 1 января 1957 года, на проведение исследований радиоактивных веществ. материалы и термопары, подходящие для прямого преобразования тепла в электрическую энергию с использованием полония-210 в качестве источника тепла. РИТЭГи были разработаны в США в конце 1950-х годов компанией Mound Laboratories в Майамисбурге, штат Огайо , по контракту с Комиссией по атомной энергии США . Руководил проектом доктор Бертрам С. Бланке.

Первым РИТЭГом, запущенным в космос Соединенными Штатами, был SNAP 3B в 1961 году, работающий на 96 граммах металлического плутония-238 на борту космического корабля Navy Transit 4A . Одно из первых наземных применений РИТЭГов было в 1966 году ВМС США на необитаемой Скале Фэрвей на Аляске. РИТЭГи использовались на этом объекте до 1995 года.

Распространенное применение РИТЭГ - источник питания космических аппаратов. Системы вспомогательной ядерной энергии (SNAP) были использованы для зондов, которые путешествовали далеко от Солнца, что делало солнечные батареи непрактичными. Таким образом, они использовались с Pioneer 10 , Pioneer 11 , Voyager 1 , Voyager 2 , Galileo , Ulysses , Cassini , New Horizons и Марсианской научной лабораторией . РИТЭГи использовались для питания двух посадочных устройств « Викинг» и для научных экспериментов, оставленных на Луне экипажами Аполлонов с 12 по 17 (SNAP 27). Поскольку посадка Аполлона-13 на Луну была прервана, его РИТЭГ находится в южной части Тихого океана , в районе желоба Тонга . РИТЭГи также использовались для спутников Nimbus , Transit и LES . Для сравнения: с полноценными ядерными реакторами запущено всего несколько космических аппаратов : советская серия RORSAT и американский SNAP-10A .

Помимо космических кораблей, Советский Союз построил тысячи необитаемых маяков и навигационных маяков, работающих от РИТЭГов.

ВВС США используют РТГ для питания станций дистанционного зондирования для Top-ROCC и SEEK Igloo радиолокационных систем преимущественно расположенные на Аляске .

В прошлом небольшие «плутониевые элементы» (очень маленькие RTG с питанием от 238 Pu) использовались в имплантированных кардиостимуляторах для обеспечения очень длительного «срока службы батарей». По состоянию на 2004 год около девяноста все еще использовались. К концу 2007 года их количество сократилось до девяти. Программа Mound Laboratory Cardiac Pacemaker началась 1 июня 1966 года совместно с NUMEC. Когда было признано, что источник тепла не останется нетронутым во время кремации, программа была отменена в 1972 году, потому что не было возможности полностью гарантировать, что устройства не будут кремированы вместе с телами пользователей.

дизайн

Конструкция РИТЭГа проста по стандартам ядерных технологий : основным элементом является прочный контейнер с радиоактивным материалом (топливом). Термопары размещены в стенках контейнера, причем внешний конец каждой термопары подсоединен к радиатору . При радиоактивном распаде топлива выделяется тепло. Разница температур между топливом и радиатором позволяет термопарам вырабатывать электричество.

Термопара - это термоэлектрическое устройство, которое может преобразовывать тепловую энергию непосредственно в электрическую , используя эффект Зеебека . Он сделан из двух видов металлов (или полупроводников), которые могут проводить электричество. Если они соединены друг с другом в замкнутом контуре, и два перехода имеют разную температуру , в контуре будет течь электрический ток. Обычно большое количество термопар подключаются последовательно для создания более высокого напряжения.

Топлива

Критерии выбора изотопов

Радиоактивный материал, используемый в РИТЭГах, должен иметь несколько характеристик:

  1. Его период полураспада должен быть достаточно длинным, чтобы он выделял энергию с относительно постоянной скоростью в течение разумного периода времени. Количество энергии, высвобождаемой за время ( мощность ) данного количества, обратно пропорционально периоду полураспада. Изотоп с вдвое большим периодом полураспада и такой же энергией при распаде будет выделять энергию вдвое быстрее на моль . Таким образом, типичные периоды полураспада радиоизотопов, используемых в РИТЭГах, составляют несколько десятилетий, хотя изотопы с более короткими периодами полураспада могут использоваться для специализированных приложений.
  2. Для использования в космических полетах топливо должно производить большое количество энергии в расчете на массу и объем ( плотность ). Плотность и вес не так важны для наземного использования, если нет ограничений по размеру. Энергия распада может быть вычислена , если энергия радиоактивного излучения или потери массы до и после радиоактивного распада известна. Выделение энергии при распаде пропорционально выработке энергии на моль . Альфа-распад обычно выделяет примерно в десять раз больше энергии, чем бета-распад стронция-90 или цезия-137.
  3. Излучение должно быть такого типа, который легко поглощается и превращается в тепловое излучение, предпочтительно альфа-излучение . Бета-излучение может испускать значительное гамма / рентгеновское излучение из- за образования вторичного тормозного излучения и поэтому требует сильной защиты. Изотопы не должны производить значительное количество гамма-, нейтронного излучения или проникающего излучения в целом через другие режимы распада или продукты цепи распада .

Первые два критерия ограничивают количество возможных видов топлива менее чем тридцати атомными изотопами во всей таблице нуклидов .

Плутоний-238 , кюрий-244 и стронций-90 являются наиболее часто цитируемыми изотопами-кандидатами, но другие изотопы, такие как полоний-210 , прометий-147 , цезий-137 , церий- 144, рутений-106 , кобальт-60 , кюрий - 242, изотопы америция- 241 и тулия также были изучены.

Материал Экранирование Плотность мощности (Вт / г) Период полураспада (лет)
238 Pu Низкий 0,54 0,54

 

87,7 87,7

 

90 Sr Высоко 0,46 0,46

 

28,8 28,8

 

210 По Низкий 140 140

 

0,378 0,378

 

241 утра Средняя 0,114 0,114

 

432 432

 

238 Pu

Плутоний-238 имеет период полураспада 87,7 лет, разумную плотность мощности 0,57 Вт на грамм и исключительно низкие уровни гамма- и нейтронного излучения. 238 Pu имеет самые низкие требования к экранированию. Только три изотопа-кандидата соответствуют последнему критерию (не все перечислены выше) и нуждаются в свинцовой защите толщиной менее 25 мм, чтобы заблокировать излучение. Для 238 Pu (лучшего из этих трех) требуется менее 2,5 мм, и во многих случаях в РИТЭГе на 238 Pu экранирование не требуется , так как достаточно самого корпуса. 238 Pu стал наиболее широко используемым топливом для РИТЭГов в виде оксида плутония (IV) (PuO 2 ). Однако оксид плутония (IV), содержащий естественное количество кислорода, излучает нейтроны со скоростью ~ 23x10 3 н / с / г плутония-238. Эта скорость эмиссии относительно высока по сравнению со скоростью эмиссии нейтронов металлического плутония-238. Металл, не содержащий примесей легких элементов, выделяет плутоний-238 ~ 2,8х10 3 н / сек / г. Эти нейтроны образуются в результате спонтанного деления плутония-238.

Разница в скоростях выбросов металла и оксида в основном связана с альфа-нейтронной реакцией с кислородом-18 и кислородом-17, присутствующим в оксиде. Нормальное количество кислорода-18, присутствующего в естественной форме, составляет 0,204%, а количество кислорода-17 - 0,037%. Уменьшение содержания кислорода-17 и кислорода-18 в диоксиде плутония приведет к гораздо более низкой скорости эмиссии нейтронов для оксида; это может быть достигнуто методом газофазного обмена 16 O 2 . Обычные производственные партии из 238 частиц PuO 2, осажденных в виде гидроксида, использовались, чтобы показать, что большие производственные партии могут эффективно заменяться на 16 O 2 на рутинной основе. Обжигается при высокой температуре 238 PuO 2 микросферы была успешно 16 O 2 -exchanged , показывающей , что обмен будет происходить независимо от предыдущей истории тепловой обработки 238 PuO 2 . Это снижение скорости испускания нейтронов PuO 2, содержащего нормальный кислород, в пять раз было обнаружено во время исследования кардиостимулятора в лаборатории Mound в 1966 году, отчасти благодаря опыту лаборатории Mound по производству стабильных изотопов, начиная с 1960 года. для крупных источников тепла без этого процесса требуемая защита была бы недопустимой.

В отличие от трех других изотопов, обсуждаемых в этом разделе, 238 Pu должен быть синтезирован специально, и его не так много в качестве ядерных отходов. В настоящее время только Россия поддерживает высокие объемы производства, в то время как в США в период с 2013 по 2018 год было произведено всего не более 50 г (1,8 унции). Агентства США выразили желание начать производство материала со скоростью От 300 до 400 граммов (от 11 до 14 унций) в год. Если этот план будет профинансирован, целью будет налаживание процессов автоматизации и масштабирования, чтобы к 2025 году производить в среднем 1,5 кг (3,3 фунта) в год.

90 Sr

Стронций-90 использовался Советским Союзом в наземных РИТЭГах. 90 Sr распадается за счет β-излучения с незначительным γ-излучением. Хотя его период полураспада 28,8 года намного короче, чем у 238 Pu, он также имеет более низкую энергию распада с плотностью мощности 0,46 Вт на грамм. Поскольку выходная энергия ниже, он достигает более низких температур, чем 238 Pu, что снижает эффективность РИТЭГа. 90 Sr - это отходы ядерного деления с высоким выходом, которые доступны в больших количествах по низкой цене.

210 По

В некоторых прототипах РИТЭГов, впервые построенных в 1958 году Комиссией по атомной энергии США, использовался полоний-210 . Этот изотоп обеспечивает феноменальную плотность мощности (чистый 210 По излучает 140 Вт / г) из-за его высокой скорости распада , но имеет ограниченное использование из-за очень короткого периода полураспада, составляющего 138 дней. Полограмма 210 Po достигает температуры более 500 ° C (900 ° F). Поскольку Po-210 является чистым альфа-излучателем и не излучает значительного гамма- или рентгеновского излучения, требования к экранированию также низкие, как для Pu-238.

241 утра

Америций-241 является потенциальным изотопом-кандидатом с более длительным периодом полураспада, чем 238 Pu: 241 Am имеет период полураспада 432 года и может гипотетически обеспечивать питание устройства в течение столетий. Однако плотность мощности 241 Am составляет лишь 1/4 от плотности мощности 238 Pu, а 241 Am производит более проникающее излучение через продукты цепи распада, чем 238 Pu, и требует большей защиты. Его требования к экранированию в RTG являются третьими по величине: только 238 Pu и 210 Po требуют меньше. При текущем глобальном дефиците 238 Pu, 241 Am изучается в качестве топлива для РИТЭГов ЕКА, а в 2019 году Национальная ядерная лаборатория Великобритании объявила о производстве полезной электроэнергии. Преимущество перед 238 Pu состоит в том, что он производится как ядерные отходы и почти изотопно чист. Прототип конструкция 241 Am РТГА ожидает 2-2,2 W э / кг для 5-50 Вт электронной РТГ дизайн, вкладывая 241 Am РТГА в паритете с 238 Pu РТГОМ в пределах этого диапазона мощности.

Продолжительность жизни

Советские РИТЭГ с двигателем 90 Sr в аварийном состоянии.

В большинстве РИТЭГов используется 238 Pu, период полураспада которого составляет 87,7 года. Таким образом, у РИТЭГов, использующих этот материал, будет снижаться выходная мощность в 1–0,5 1 / 87,74 раза , или 0,787%, в год.

Одним из примеров является MHW-RTG, используемый зондами Voyager . В 2000 году, через 23 года после производства, мощность радиоактивного материала внутри РИТЭГа снизилась на 16,6%, что составляет 83,4% от его первоначальной мощности; начиная с мощности 470 Вт, по прошествии этого периода времени она будет иметь мощность всего 392 Вт. Связанная с этим потеря мощности в РИТЭГах "Вояджер" - это ухудшение свойств биметаллических термопар, используемых для преобразования тепловой энергии в электрическую. ; РИТЭГи работали на 67% от их общей первоначальной мощности вместо ожидаемых 83,4%. К началу 2001 года мощность РИТЭГов «Вояджер» упала до 315 Вт для « Вояджера-1» и до 319 Вт для « Вояджера-2» .

Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор

НАСА разрабатывает многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор, в котором термопары будут сделаны из скуттерудита , арсенида кобальта (CoAs 3 ), который может работать при меньшей разнице температур, чем нынешние конструкции на основе теллура . Это означало бы, что аналогичный РИТЭГ будет генерировать на 25% больше энергии в начале миссии и как минимум на 50% больше через семнадцать лет. НАСА надеется использовать этот дизайн в следующей миссии New Frontiers .

Эффективность

РИТЭГи используют термоэлектрические генераторы для преобразования тепла радиоактивного материала в электричество. Термоэлектрические модули, хотя и очень надежны и долговечны, но очень неэффективны; КПД выше 10% никогда не достигался, а КПД большинства РИТЭГов составляет 3–7%. Термоэлектрические материалы в космических полетах на сегодняшний день включают кремний-германиевые сплавы, теллурид свинца и теллуриды сурьмы, германия и серебра (ТАГС). Были проведены исследования по повышению эффективности за счет использования других технологий для выработки электроэнергии из тепла. Достижение более высокого КПД означало бы, что для выработки того же количества энергии требуется меньше радиоактивного топлива и, следовательно, меньший общий вес генератора. Это критически важный фактор при рассмотрении стоимости запуска космического полета.

Термоэмиссионный преобразователь -an устройство преобразования энергии , которая основывается на принципе термоэлектронной эмиссии, можно достичь эффективности между 10-20%, но требует более высоких температур , чем те , при которых стандартный РТГЕ работать. В некоторых прототипах РИТЭГов на 210 Po использовалась термоэлектроника, и потенциально другие чрезвычайно радиоактивные изотопы также могли обеспечивать энергию с помощью этого средства, но короткие периоды полураспада делают это невозможным. В нескольких ядерных реакторах космического назначения использовалась термоэлектроника, но ядерные реакторы обычно слишком тяжелы для использования на большинстве космических зондов.

Термофотоэлектрические элементы работают по тем же принципам, что и фотоэлектрические элементы , за исключением того, что они преобразуют инфракрасный свет, излучаемый горячей поверхностью, а не видимый свет, в электричество. Термофотоэлектрические элементы имеют КПД немного выше, чем термоэлектрические модули (ТЕМ), и их можно накладывать поверх самих себя, потенциально удваивая эффективность. Системы с генераторами радиоизотопов, имитирующими электрические нагреватели, продемонстрировали эффективность 20%, но еще не были испытаны с радиоизотопами. Некоторые теоретические конструкции термофотоэлектрических элементов имеют КПД до 30%, но они еще не созданы или подтверждены. Термофотовольтаические элементы и кремниевые ПЭМ разлагаются быстрее, чем металлические ПЭМ, особенно в присутствии ионизирующего излучения.

Динамические генераторы могут обеспечивать мощность, более чем в четыре раза превышающую эффективность преобразования РИТЭГов. НАСА и Министерство энергетики разрабатывают источник энергии следующего поколения, работающий на радиоизотопном топливе, под названием « Радиоизотопный генератор Стирлинга» (SRG), в котором используются двигатели Стирлинга со свободным поршнем, соединенные с линейными генераторами переменного тока для преобразования тепла в электричество. Прототипы SRG продемонстрировали средний КПД 23%. Большего КПД можно достичь за счет увеличения соотношения температур между горячим и холодным концом генератора. Использование бесконтактных движущихся частей, износостойких изгибных подшипников и не требующей смазки и герметичной среды на испытательных установках не продемонстрировало заметного ухудшения характеристик за годы эксплуатации. Экспериментальные результаты демонстрируют, что SRG может работать в течение десятилетий без обслуживания. Вибрация может быть устранена путем применения динамической балансировки или использования движения поршня с двумя противоположными направлениями. Возможные применения радиоизотопной энергетической системы Стирлинга включают исследования и научные миссии в дальний космос, на Марс и Луну.

Повышенная эффективность SRG может быть продемонстрирована следующим теоретическим сравнением термодинамических свойств. Эти расчеты упрощены и не учитывают уменьшение потребляемой тепловой мощности из-за длительного периода полураспада радиоизотопов, используемых в этих генераторах. Предположения для этого анализа включают то, что обе системы работают в установившемся режиме в условиях, наблюдаемых в экспериментальных процедурах (см. Таблицу ниже для используемых значений). Оба генератора могут быть упрощены до тепловых двигателей, чтобы иметь возможность сравнивать их текущую эффективность с соответствующей эффективностью Карно. {\ text {sys}} = Q' _ {\ text {in}} + W '_ {\ text {in}} - Q' _ {\ text {out}} - W '_ {\ text {out}} \,}

Предполагая, что система работает в установившемся режиме и , W в ′ знак равно 0 {\ displaystyle W '_ {\ text {in}} = 0 \,}

W из ′ знак равно Q в ′ - Q из ′ {\ displaystyle W '_ {\ text {out}} = Q' _ {\ text {in}} - Q '_ {\ text {out}} \,}

Тогда η th может быть рассчитано как 110 Вт / 2000 Вт = 5,5% (или 140 Вт / 500 Вт = 28% для SRG). Кроме того, эффективность Второго закона, обозначаемая η II , определяется как:

η II знак равно η th η th, rev {\ displaystyle \ eta _ {\ text {II}} = {\ frac {\ eta _ {\ text {th}}} {\ eta _ {\ text {th, rev}}}}}

где η th, rev - КПД Карно, определяемый по формуле:

η th знак равно 1 - Т радиатор Т источник тепла {\ displaystyle \ eta _ {\ text {th}} = 1 - {\ frac {T _ {\ text {теплоотвод}}} {T _ {\ text {источник тепла}}}}}

в которой Т теплоотвод - это внешняя температура (которая была измерена как 510 K для MMRTG (многоцелевой RTG) и 363 K для SRG), а T heat source - это температура MMRTG, предполагаемая 823 K (1123 K для SRG). Это дает эффективность Второго закона 14,46% для MMRTG (или 41,37% для SRG).

Безопасность

Воровство

Радиоактивные материалы, содержащиеся в РИТЭГах, опасны и даже могут использоваться в злонамеренных целях. Они вряд ли пригодятся для настоящего ядерного оружия , но все же могут служить в « грязной бомбе ». Советский Союз построил множество необитаемых маяков и навигационные маяки питания от РТГА с использованием стронция-90 ( 90 Sr). Они очень надежны и обеспечивают стабильный источник энергии. Большинство из них не имеют защиты, даже заборов или предупреждающих знаков, а расположение некоторых из этих объектов больше не известно из-за плохого ведения учета. В одном случае радиоактивные отсеки вскрыл вор. В другом случае трое лесорубов в Цаленджихинском районе Грузии обнаружили два керамических источника тепла с РИТЭГами, у которых была снята защита; двое из них позже были госпитализированы с тяжелыми лучевыми ожогами после того, как несли источники на спине. В конечном итоге блоки были обнаружены и изолированы. В России насчитывается около 1000 таких РИТЭГов, все из которых давно превысили проектный срок службы, составляющий десять лет. Большинство из этих РИТЭГов, вероятно, больше не работают, и, возможно, их придется демонтировать. Некоторые из их металлических гильз были обнажены охотниками за металлом, несмотря на риск радиоактивного заражения.

Радиоактивное загрязнение

РИТЭГи представляют опасность радиоактивного загрязнения : если контейнер с топливом протекает, радиоактивный материал может загрязнить окружающую среду.

Что касается космических аппаратов, то основная проблема заключается в том, что если во время запуска или последующего пролета космического аппарата близко к Земле произойдет авария, вредные вещества могут быть выброшены в атмосферу; поэтому их использование в космических аппаратах и ​​в других местах вызвало споры.

Однако это событие маловероятно при нынешних конструкциях контейнеров с РИТЭГами. Например, в исследовании воздействия на окружающую среду зонда Кассини-Гюйгенс, запущенного в 1997 году, оценивалась вероятность аварий с загрязнением на различных этапах миссии. Вероятность возникновения аварии, вызвавшей выброс радиоактивного вещества из одного или нескольких из 3 РИТЭГов (или из 129 блоков радиоизотопных нагревателей ) в течение первых 3,5 минут после запуска, оценивается в 1 из 1400; шансы на выход на орбиту позже были 1 из 476; после этого вероятность случайного выброса резко упала до менее 1 на миллион. Если авария, которая могла вызвать загрязнение, произошла на этапах запуска (например, космический корабль не смог выйти на орбиту), вероятность заражения, фактически вызванного РИТЭГами, оценивалась примерно в 1 из 10. Запуск был успешным, и Кассини –Хюйгенс достиг Сатурна .

Чтобы свести к минимуму риск выброса радиоактивного материала, топливо хранится в отдельных модульных блоках с собственной тепловой защитой. Они окружены слоем металлического иридия и заключены в высокопрочные графитовые блоки. Эти два материала устойчивы к коррозии и высокой температуре. Графитовые блоки окружает аэрозольная оболочка, предназначенная для защиты всей сборки от тепла, возникающего при повторном входе в атмосферу Земли. Плутониевое топливо также хранится в керамической форме, которая является термостойкой, что сводит к минимуму риск испарения и аэрозолизации. Керамика также очень нерастворима .

Плутоний-238 используется в этих РТГ имеет период полураспада в 87,74 лет, в отличие от 24110 года полураспада плутония-239 , используемого в ядерном оружии и реакторов . Следствием более короткого периода полураспада является то, что плутоний-238 примерно в 275 раз более радиоактивен, чем плутоний-239 (т.е. 17,3 кюри (640  ГБк ) / г по сравнению с 0,063 кюри (2,3 ГБк) / г). Например, 3,6  кг плутония-238 подвергается тому же количеству радиоактивных распадов в секунду, что и 1 тонна плутония-239. Поскольку заболеваемость двумя изотопами с точки зрения поглощенной радиоактивности почти одинакова, плутоний-238 примерно в 275 раз токсичнее плутония-239.

Альфа-излучение, испускаемое любым изотопом, не проникает через кожу, но оно может облучать внутренние органы при вдыхании или проглатывании плутония. Особой опасности подвергается скелет , поверхность которого может поглощать изотоп, и печень , где изотоп будет собираться и концентрироваться.

Несчастные случаи

Известно несколько аварий с участием космических аппаратов с РИТЭГами:

  1. Первым был неудачный запуск 21 апреля 1964 года, когда американский навигационный спутник Transit-5BN-3 не смог выйти на орбиту и сгорел при входе в атмосферу к северу от Мадагаскара . Металлическое плутониевое топливо мощностью 17000 Ки (630 ТБк) в его РИТЭГе SNAP- 9a было выброшено в атмосферу над южным полушарием, где оно сгорело, а несколько месяцев спустя в этом районе были обнаружены следы плутония-238. Этот инцидент привел к тому, что Комитет по безопасности НАСА потребовал неповрежденного входа в атмосферу при будущих запусках РИТЭГов, что, в свою очередь, повлияло на конструкцию РИТЭГов в трубопроводе.
  2. Вторым был метеорологический спутник Nimbus B-1, ракета-носитель которого была намеренно уничтожена вскоре после запуска 21 мая 1968 года из-за неустойчивой траектории. Запущенный с базы ВВС Ванденберг , его РИТЭГ SNAP-19, содержащий относительно инертный диоксид плутония, был извлечен в целости и сохранности с морского дна в проливе Санта-Барбара пять месяцев спустя, и никакого загрязнения окружающей среды обнаружено не было.
  3. В 1969 году не удалось запустить первую миссию лунохода «Луноход », в результате чего полоний-210 разлетелся по большой территории России.
  4. Провал миссии « Аполлон-13 » в апреле 1970 года означал, что лунный модуль вернулся в атмосферу с РИТЭГ и сгорел над Фиджи . На его борту находился РИТЭГ SNAP-27, содержащий 44 500 Ки (1650 ТБк) диоксида плутония в графитовой бочке на опоре посадочного модуля, который пережил возвращение в атмосферу Земли в целости и сохранности, как это было задумано, и траектория была организована таким образом, чтобы он упал. на глубину 6–9 километров в желоб Тонга в Тихом океане . Отсутствие загрязнения плутонием-238 в пробах атмосферной и морской воды подтвердило предположение о том, что контейнер не поврежден на морском дне. Ожидается, что контейнер будет содержать топливо не менее 10 периодов полураспада (т.е. 870 лет). Министерство энергетики США провело испытания с морской водой и определило, что графитовый кожух, который был спроектирован так, чтобы выдерживать вход в атмосферу, является стабильным и выброс плутония не должен происходить. Последующие исследования не выявили увеличения естественного радиационного фона в этом районе. Авария Аполлона-13 представляет собой экстремальный сценарий из-за высоких скоростей входа в атмосферу корабля, возвращающегося из цис-лунного пространства (области между атмосферой Земли и Луной). Эта авария подтвердила высокую безопасность конструкции РИТЭГов более позднего поколения.
  5. Марс 96 был запущен Россией в 1996 году, но не покинул околоземную орбиту и через несколько часов снова вошел в атмосферу. Два РИТЭГа на борту перевозили в общей сложности 200 г плутония и, как предполагается, пережили возвращение в атмосферу, для чего были предназначены. Считается, что теперь они лежат где-то в овале с северо-востоком на юго-запад длиной 320 км и шириной 80 км, который расположен в 32 км к востоку от Икике , Чили .
SNAP -27 РТГ развернут астронавтами Apollo 14 идентична той , потерянной в возвращении в атмосферу из Apollo 13

Один РИТЭГ, SNAP-19C , был потерян недалеко от вершины горы Нанда Деви в Индии в 1965 году, когда он хранился в скальном образовании недалеко от вершины горы перед лицом снежной бури, прежде чем его можно было установить для питания ЦРУ. дистанционная автоматизированная станция сбора телеметрии с китайского ракетного испытательного комплекса. Семь капсул были унесены лавиной с горы на ледник и так и не восстановились. Скорее всего, они растаяли через ледник и превратились в пыль, в результате чего топливо из сплава плутония-циркония 238 окислило частицы почвы, которые движутся в шлейфе под ледником.

Многие РИТЭГи Бета-М, произведенные Советским Союзом для работы маяков и маяков , стали бесхозными источниками радиации. Некоторые из этих блоков были незаконно разобраны на металлолом (что привело к полному обнажению источника Sr-90 ), упали в океан или имеют дефектную защиту из-за плохой конструкции или физического повреждения. Министерства обороны США программы совместного уменьшения угрозы выразили обеспокоенность тем , что материал , из беты-М РТГА может быть использован террористами для построения грязной бомбы .

Сравнение с реакторами деления

В РИТЭГах и реакторах деления используются очень разные ядерные реакции.

Ядерные энергетические реакторы (в том числе миниатюрные, используемые в космосе) осуществляют управляемое деление ядер в цепной реакции . Скорость реакции можно контролировать с помощью регулирующих стержней , поглощающих нейтроны , поэтому мощность можно изменять по запросу или отключать (почти) полностью для обслуживания. Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать неконтролируемой работы на опасно высоких уровнях мощности или даже взрыва или ядерного расплавления .

Цепные реакции в РИТЭГах не происходят. Тепло производится в результате спонтанного радиоактивного распада с нерегулируемой и постоянно уменьшающейся скоростью, которая зависит только от количества изотопа топлива и его периода полураспада. В RTG выработка тепла не может изменяться в зависимости от потребности или отключаться, когда она не нужна, и невозможно сэкономить больше энергии на будущее за счет снижения энергопотребления. Следовательно, для удовлетворения пикового спроса могут потребоваться вспомогательные источники питания (например, аккумуляторные батареи), а соответствующее охлаждение должно обеспечиваться в любое время, включая этапы подготовки к запуску и ранние этапы полета космической миссии. Эффектные сбои, такие как ядерный расплав или взрыв, невозможны с РИТЭГом, но все же существует риск радиоактивного заражения, если ракета взорвется или устройство повторно войдет в атмосферу и распадется.

Докритический мультипликатор РИТЭГ

Из-за нехватки плутония-238 был предложен новый вид РИТЭГов с подкритическими реакциями. В этом виде РТГ альфа-распад радиоизотопа также используется в реакциях альфа-нейтронов с подходящим элементом, таким как бериллий . Таким образом создается долгоживущий источник нейтронов . Поскольку система работает с критичностью, близкой к 1, но меньше 1, то есть K eff <1, достигается докритическое умножение, которое увеличивает нейтронный фон и дает энергию от реакций деления. Хотя количество делений, производимых в РИТЭГе, очень мало (что делает их гамма-излучение незначительным), потому что каждая реакция деления выделяет почти в 30 раз больше энергии, чем каждый альфа-распад (200  МэВ по сравнению с 6 МэВ), до 10% выигрыша в энергии достижимо, что означает сокращение 238 Pu, необходимого на одну миссию. Идея была предложена НАСА в 2012 году для ежегодного конкурса NASA NSPIRE, который в 2013 году был переведен в Национальную лабораторию Айдахо в Центре космических ядерных исследований (CSNR) для изучения осуществимости. Однако основные положения остались неизменными.

РИТЭГ для межзвездных зондов

РИТЭГ были предложены для использования в реалистичных межзвездных миссиях-предвестниках и межзвездных исследованиях . Примером этого является предложение NASA « Innovative Interstellar Explorer» (2003 г. - настоящее время). РИТЭГ, использующий 241 Am, был предложен для этого типа миссий в 2002 году. Это могло обеспечить продление миссии до 1000 лет на межзвездном зонде, потому что выходная мощность будет снижаться медленнее в долгосрочной перспективе, чем плутоний. Другие изотопы для РИТЭГов также были изучены в ходе исследования с учетом таких характеристик, как ватт / грамм, период полураспада и продукты распада. В предложении межзвездного зонда от 1999 г. предлагалось использовать три усовершенствованных радиоизотопных источника питания (ARPS).

Электричество РИТЭГа можно использовать для питания научных приборов и связи с Землей на зондах. Одна миссия предложила использовать электричество для питания ионных двигателей , назвав этот метод радиоизотопным электрическим движителем (REP).

Электростатические радиоизотопные источники тепла

Предложено повышение мощности радиоизотопных источников тепла на основе самоиндуцированного электростатического поля. По словам авторов, с помощью бета-источников можно достичь улучшения до 10%.

Модели

Типичный РИТЭГ питается от радиоактивного распада и имеет электричество от термоэлектрического преобразования, но для ознакомления сюда включены некоторые системы с некоторыми вариациями этой концепции.

Ядерные энергетические системы в космосе

Известные космические аппараты / ядерные энергетические системы и их судьба. У систем разные судьбы, например, SNAP-27 Apollo остались на Луне. Некоторые другие космические корабли также имеют небольшие радиоизотопные нагреватели, например, каждый из марсоходов Mars Exploration Rover имеет радиоизотопный нагреватель мощностью 1 Вт. В космическом корабле используется разное количество материала, например, MSL Curiosity содержит 4,8 кг диоксида плутония-238 , а космический корабль Кассини - 32,7 кг.

Имя и модель Используется на (количество РИТЭГов на пользователя) Максимальный выход Радиотехника
изотоп
Максимальный расход топлива
(кг)
Масса (кг) Мощность / масса (электрическая, Вт / кг)
Электрооборудование ( Вт ) Тепло (Вт)
MMRTG MSL / Марсоход Curiosity и Perseverance / Марс-2020 c. 110 c. 2000 г. 238 Pu c. 4 <45 2,4
ГПЗ-РИТЭГ Кассини (3) , New Horizons (1) , Галилей (2) , Улисс (1) 300 4400 238 Pu 7,8 55,9–57,8 5,2–5,4
MHW-RTG ЛЕС-8/9 , Вояджер 1 (3) , Вояджер 2 (3) 160 2400 238 Pu c. 4.5 37,7 4.2
SNAP-3B Транзит-4А (1) 2,7 52,5 238 Pu ? 2.1 1.3
SNAP-9A Транзит 5БН1 / 2 (1) 25 525 238 Pu c. 1 12,3 2.0
SNAP-19 Нимбус-3 (2), Пионер 10 (4) , Пионер 11 (4) 40,3 525 238 Pu c. 1 13,6 2,9
модифицированный SNAP-19 Викинг 1 (2), Викинг 2 (2) 42,7 525 238 Pu c. 1 15,2 2,8
SNAP-27 Аполлон 12–17 ALSEP (1) 73 1,480 238 Pu 3. 8 20 3,65
(реактор деления) Бук (БЭС-5) ** США-США (1) 3000 100 000 высокообогащенный 235 U 30 1000 3.0
(реактор деления) СНАП-10А *** SNAP-10A (1) 600 30 000 высокообогащенный 235 U 431 1.4
ASRG **** разработка прототипа (не запущен), программа Discovery c. 140 (2x70) c. 500 238 Pu 1 34 4.1

** не совсем РИТЭГ, реактор БЭС-5 Бук ( БЭС-5 ) был реактором на быстрых нейтронах, в котором использовались термопары на основе полупроводников для прямого преобразования тепла в электричество.

*** На самом деле это не РИТЭГ, SNAP-10A использовал обогащенное урановое топливо, гидрид циркония в качестве замедлителя, жидкий теплоноситель из натрий-калиевого сплава и был активирован или деактивирован с помощью бериллиевых отражателей. Тепло реактора подавалось в систему термоэлектрического преобразования для производства электроэнергии.

**** не совсем RTG, ASRG использует устройство питания Стирлинга , работающее на радиоизотопе (см. генератор радиоизотопа Стирлинга )

Наземный

Имя и модель Использовать Максимальный выход Радиоизотоп Максимальный расход топлива
(кг)
Масса (кг)
Электрооборудование (Вт) Тепло (Вт)
Бета-М Устаревшие советские непилотные
маяки и маяки
10 230 90 Sr 0,26 560
Эфир-МА 30 720 ? ? 1250
IEU-1 80 2200 90 Sr ? 2500
IEU-2 14 580 ? ? 600
Гонг 18 315 ? ? 600
Горн 60 1100 ? ? 1050
ИЭУ-2М 20 690 ? ? 600
ИЭУ-1М 120 (180) 2200 (3300) 90 Sr ? 2 (3) × 1050
Сентинел 25 Дистанционные центры мониторинга Арктики в США 9–20 SrTiO 3 0,54 907–1814
Сентинел 100F 53 Sr 2 TiO 4 1,77 1234
RIPPLE X Буи, Маяки 33 SrTiO 3 1500

Смотрите также

Рекомендации

Ноты

внешние ссылки

"Ядерная батарейка". Что известно о специзделии, взорвавшемся в Северодвинске

  • Сергей Козловский
  • Би-би-си

Автор фото, Anton Vaganov/TASS

Российский ядерный центр работает над созданием источников энергии с использованием "радиоактивных материалов". Об этом заявили руководители центра, комментируя гибель пяти испытателей при взрыве под Северодвинском. Это заявление породило спекуляции о том, что на полигоне мог взорваться ядерный реактор. Эксперты считают, что это маловероятно.

Вечером воскресенья, 11 августа, появились первые комментарии руководства Всероссийского научно-исследовательского института экспериментальной физики (РФЯЦ-ВНИИЭФ, входит в "Росатом"), сотрудники которого погибли при взрыве под Северодвинском.

Об инциденте стало известно 8 августа. Погибли пятеро гражданских специалистов, еще трое получили ранения.

Погибших испытателей похоронили 12 августа в Сарове. На похоронах глава "Росатома" Алексей Лихачев сказал, что они погибли при испытаниях нового специзделия. "Изделиями" в оборонно-промышленной среде принято называть образцы техники и вооружений.

Как в тот же день писала газета New York Times со ссылкой на данные американской разведки, чиновники в США подозревают, что под Северодвинском, возможно, проходили испытания крылатой ракеты с ядерной установкой "Буревестник", о которой президент России Владимир Путин впервые рассказал в марте 2018 года.

Для просмотра этого контента вам надо включить JavaScript или использовать другой браузер

Подпись к видео,

Ядерный "Буревестник". Что взорвалось под Северодвинском

Газета "Ведомости" писала со ссылкой на источник в оборонной промышленности, что сотрудники ВНИИЭФ погибли при испытании двигателя корабельной ракеты, состоявшей на вооружении ВМФ России.

"Это ядерная батарейка, чтобы вам было понятно"

Что именно испытывалось под Северодвинском, до сих пор не известно.

Минобороны сообщало, что произошел взрыв и возгорание изделия при испытании "жидкостной реактивной двигательной установки". 10 августа "Росатом" заявил, что на морской платформе проходили испытания ракеты "с радиоизотопным источником питания".

"Это ядерная батарейка, чтобы вам было понятно", - объяснял изданию "Фонтанка" представитель госкорпорации.

11 августа научный руководитель РФЯЦ-ВНИИЭФ Вячеслав Соловьев сделал заявление, которое породило спекуляции относительно того, что под Северодвинском мог взорваться ядерный мини-реактор.

Что именно сказал Соловьев?

Ядерные разработки защищены грифом секретно, поэтому в публичное пространство выдаются лишь ограниченные объемы информации, из которой сложно сделать четкие выводы. Например, Соловьев в своем заявлении сказал, что ВНИИЭФ ведет разработки "как фундаментального характера, так и в интересах министерства обороны". Также ведется ряд проектов в интересах гражданской промышленности, добавил ученый.

"Одно из направлений - создание источников тепловой и электрической энергии с использованием радиоактивных материалов, в том числе делящихся и радиоизотопных материалов, - сказал Соловьев. - Такими разработками центр занимается очень давно. Первые источники энергии с использованием радиоизотопов были созданы в начале 60-х годов".

Затем научный руководитель ВНИИЭФ сказал, что такие малогабаритные источники питания с использованием радиоактивных материалов сегодня необходимы в космической промышленности. Также они могут использоваться в удаленных арктических регионах.

"Поэтому эти разработки ведутся и в других странах - американцы в прошлом году в рамках программы Kilopower испытали малогабаритный реактор мощностью всего лишь несколько киловатт. Ну и наш центр также продолжает работать в этих направлениях. Та трагедия, то роковое стечение обстоятельств, которое случилось при наших испытаниях, мы сейчас в этом пытаемся разобраться", - закончил свое выступление Соловьев.

Что имел в виду Соловьев?

Заявление научного руководителя ВНИИЭФ некоторые журналисты и эксперты интерпретировали как признание того, что под Северодвинском якобы взорвался ядерный мини-реактор.

Соловьев действительно произнес слова "ядерный реактор", но этот термин в его выступлении относился к американской программе Kilopower. В рамках этой программы в марте 2018 году был успешно испытан мини-реактор KRUSTY.

В отношении российских разработок ученый ограничился общими фразами о том, что центр занимается самыми разными исследованиями - и фундаментальными, и оборонными, и гражданскими.

Намеки на ядерный реактор можно также уловить в другой части выступления Соловьева, где он говорит, что центр создает источники энергии "с использованием радиоактивных материалов, в том числе делящихся и радиоизотопных материалов".

"При желании можно заключить, что взорвался именно реактор. Другой вопрос - что можно понимать под реактором?" - говорит военный обозреватель Александр Гольц.

Если говорить о крылатой ракете с ядерным источником питания, то можно рассматривать две версии, говорит Гольц. Первая - использование собственно реактора для создания реактивной тяги, вторая - радиоизотопного источника электроэнергии, или ядерной батарейки, которая не является реактором.

Первый вариант - ядерный двигатель

Идею использовать ядерный реактор как двигатель для ракеты решили реализовать американские военные в конце 1950-х годов. Проект получил название Supersonic Low Altitude Missile (низковысотная сверхзвуковая управляемая ракета) или SLAM.

Такая ракета, в теории, имела бы практически неограниченный радиус действия в пределах земного шара, могла бы незамеченной проникнуть на территорию противника и поразить термоядерными боеприпасами 16 целей. При этом благодаря реактору, ракета могла бы долго лететь, успешно маневрировать и обходить зоны действия ПВО противника.

Для SLAM были построены и испытаны в пустыне Невады два прототипа ядерных двигателей. Предполагалось, что на SLAM не будет никакой защиты от ионизирующего излучения, потому что такая защита сделала бы ракету чересчур тяжелой.

Американский эксперт по ядерному оружию Эдвин Лиман из Союза обеспокоенных ученых назвал SLAM "летающей фабрикой смерти".

"Ракета засасывала бы воздух снаружи, разогревала бы его до очень высоких температур благодаря прямому контакту с ядерным топливом и потом выбрасывала бы воздух, - рассказывал Лиман журналу Scientific American. - Продукты ядерной реакции и радиоактивные частицы навсегда оставались бы в окружающей среде".

От проекта SLAM отказались в 1964 году.

Как говорит Александр Гольц, сейчас некоторые эксперты в России считают, что ученым удалось создать легкие средства защиты, которые позволяют использовать ядерный двигатель на крылатой ракете. Подтверждения этой информации не имеется.

В марте 2018 года Путин рассказал о "малогабаритной сверхмощной ядерной энергетической установке", которая размещается в корпусе крылатой ракеты и обеспечивает "дальность полета, которая является почти неограниченной".

Под малогабаритной ядерной установкой не следует понимать ядерный двигатель, писала тогда газета "Ведомости" со ссылкой на источник, близкий к минобороны России. Впоследствии эта ракета получила название 9М730 "Буревестник" (SSC-X-9 Skyfall по классификации НАТО).

Второй вариант - ядерная батарейка

Также есть теория, что в двигателе крылатой ракеты могут использоваться радиоактивные изотопы, говорит Гольц. В инциденте под Северодвинском может идти речь о разрушении радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ), полагает военный эксперт Вадим Лукашевич.

Чем РИТЭГ отличается от реактора? В РИТЭГ используется тепловая энергия, которая образуется в результате естественного распада радиоактивных изотопов. Ядерные же реакторы генерируют энергию за счет управляемого цепного деления ядер тяжелых химических элементов (например, уран-235).

Преимущество радиоизотопных генераторов в том, что они значительно меньше, легче и не требуют обслуживания. Радиоактивное вещество долго разлагается и выделяет энергию без постороннего вмешательства. Такие генераторы используются в ситуациях, когда надо обеспечить долгую работу техники в удаленных местах - например, в космосе.

РИТЭГ использовались в СССР на спутниках и для питания маяков (на Дальнем Востоке, например, последние РИТЭГ были утилизированы в ноябре 2018 года). РИТЭГ стоит на американском космическом зонде "Вояджер-2", который до сих пор, через 40 лет после запуска, поддерживает связь.

Ядерные реакторы, с другой стороны, намного превосходят радиоизотопные генераторы в мощности, потому что в результате цепной (самоподдерживающейся) ядерной реакции выделяются огромные объемы энергии. Но при этом реакторы являются источниками сильной радиации, поэтому они обычно снабжены защитой, которая поглощает радиацию. Защита делает реакторы тяжелыми.

Надо заметить, что реакторы, так же как и изотопные источники, применялись на космических аппаратах США и СССР. Самый мощный такой реактор - советский "Топаз" - проработал в космосе 11 месяцев. Он питал энергией спутник-разведчик "Космос-1867" массой 1,5 тонны.

Так что же взорвалось?

Эксперт Вадим Лукашевич считает, что под Северодвинском в результате взрыва разрушился радиоизотопный генератор, который служит источником энергии маршевого двигателя ракеты. "И тот изотоп, который там был, он в мелкодисперсном состоянии распылился, и возник скачок радиации", - говорит он.

"[Если бы там был маленький реактор], там был бы маленький Чернобыль. Ядерного реактора там быть не могло, потому что это очень жесткие требования по объему и по весу. Любой реактор, где делятся уран или плутоний, там совсем другие массы, это тонны, десятки тонн. Нужна радиационная защита, это совсем другая история. При самоподдерживающейся реакции распада нужны замедлители, нужно ядерное топливо, там все совершенно иначе должно быть", - добавляет Лукашевич.

Если бы взорвался реактор, последствия действительно были бы другими, соглашается председатель правления экологического правозащитного центра "Беллона" Александр Никитин. "Это немножко другая технология. Я бы не стал называть это маленьким или еще каким-то реактором", - говорит он.

По словам Никитина, при разрушении "ядерной батарейки" возможен кратковременный выброс радиации. Если испытания были на морской платформе, как сообщали в "Росатоме", то ядерное вещество могло попасть в акваторию, добавляет он.

"Сначала заявили в минобороны, а потом "Росатом" стал говорить, что взорвалась сама ракета, топливо, в результате чего разрушился источник с ядерной начинкой, который должен был работать вместе с ракетой. Поэтому, может, и был выброс, но он был настолько кратковременный, что они его зафиксировали, и он через час пропал", - говорит Никитин.

Дальний Восток избавился от радиоактивного наследия СССР

Предприятие Дальневосточного центра по обращению с радиоактивными отходами. Фото: ИА PrimaMedia

Последнюю партию из 36-ти радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ) вывезли специалисты ФГУП "ПО "Маяк" с предприятия Дальневосточного центра по обращению с радиоактивными отходами, расположенного в районе ЗАТО Фокино. Работы проводятся в рамках государственного контракта, подписанного ФГУП "ПО "Маяк" и Госкорпорацией "Росатом" в марте 2018 года, сообщает ИА PrimaMedia.

Как следует из сообщения, размешенного на официальном сайте ФГУП "ПО "Маяк", государственный контракт ФГУП "ПО "Маяк" и Госкорпорации "Росатом" был подписан в марте этого года. "Маяк" взял на себя обязательства по вывозу РИТЭГов, которые с 2004 года находились на хранении на специальном складе отделения "ДальРАО" недалеко от города Фокино. По условиям договора были предусмотрены транспортирование и дальнейшее размещение извлеченных радионуклидных источников тепла и радиационных блоков на долговременное хранение и захоронение. В последних числах октября эшелон с "дальневосточными" РИТЭГами прибыл на "Маяк".

— Госконтрактом предусмотрено четыре этапа работ, — рассказала начальник производственно-технического отдела завода Ольга Горбунова. — На первом этапе надо было провести радиационно-физическое обследование РИТЭГов. Для этого вместе со мной на место выехали наши специалисты — инженер-конструктор Александр Пухов, инженер-технолог Артем Сунцов, инженер по РБ Роберт Саетхужин, начальник группы транспортировки радиохимического завода Вадим Савинов. Нашими специалистами была выполнена работа по обследованию РИТЭГов, необходимая для разработки мероприятий по организации работ, обеспечивающих безопасное транспортирование РИТЭГов на "Маяк" автомобильным и железнодорожным транспортом.

До момента транспортирования специалистам "Маяка" предстояла еще одна очень важная работа.

Как рассказал корр. ИА PrimaMedia директор Дальневосточного центра по обращению с радиоактивными отходами (ДВЦ "ДальРАО") (филиала "РосРАО", входящего в структуру госкорпорации "Росатом") Константин Сиденко, для того чтобы транспортировать РИТЭГи к новому месту назначения, нужно было изготовить специальные безопасные упаковки. Что и было сделано на заводе "Маяк". Для работ, связанных с освобождением РИТЭГов из непригодных к транспортировке упаковок, их установкой в новые транспортные упаковочные комплекты и погрузкой в железнодорожные вагоны, на Дальний Восток была откомандирована специальная бригада.

В настоящее время РИТЭГи, которые находились на хранении в "ДальРАО", уже на площадке завода радиоактивных изотопов. Начался следующий этап работ — разборка самих РИТЭГов. Затем последует остекловывание и размещение на долговременное хранение. Весь объем работ, предусмотренный госконтрактом, должен быть выполнен в 2019 году.

— В настоящее время на территории Приморья нет ни одного отработанного РИТЭГа, подлежащего утилизации, — сообщил директор ДВЦ "ДальРАО Константин Сиденко. – Наше предприятие готово к выполнению новых задач в рамках той целенаправленной программы, которую реализует "Росатом" на Дальнем Востоке.

Напомним, ранее, в 2014 году, Росатом завершил вывоз из Приморья отработавшего ядерного топлива ВМФ.

Справка: РИТЭГ — радиоизотопный термоэлектрический генератор, источник электроэнергии, использующий тепловую энергию, выделяющуюся при естественном распаде изотопов Sr-90 и преобразующий ее в электроэнергию с помощью термоэлектрогенератора. Выходная мощность РИТЭГ небольшая. Срок их службы может составлять от 10-ти до 30-ти лет. РИТЭГи применяют в навигационных маяках, метеостанциях, где нет возможности воспользоваться другими источниками электропитания.

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:

Росатом окончательно освободит Дальний Восток от радиоактивного наследия СССР

"ДальРАО": Соблюдаем все нормы по защите экологии и населения Приморья

Почему Вашингтон обвинил Москву в краже секретных данных

Администрация Дональда Трампа обвинила Россию в краже технологий гиперзвукового оружия. Об этом заявил советник американского президента по национальной безопасности Джон Болтон. Также он подчеркнул, что опасается утечки информации о новом вооружении в третьи страны.

В интервью радиокомпании «Голос Америки» Джон Болтон прокомментировал и инцидент в Архангельской области.

«Это пример того, как Россия пытается добиться технического прогресса в области доставки ядерного оружия. Очевидно, в данном случае что-то пошло не так. Однако он показывает, что, несмотря на то, что по своим объемам российская экономика сравнима с Нидерландами, она по-прежнему тратит достаточно на военные нужды, чтобы не только модернизировать свой ядерный арсенал, но и создавать новые средства доставки — гиперзвуковые планирующие крылатые блоки, гиперзвуковые крылатые ракеты, которые в значительной мере были украдены из американских технологий. Поэтому приходится учитывать, что и другие страны могут обзавестись этими технологиями, и это тоже представляет реальную проблему для США и их союзников. В этом нет никаких сомнений».

В прошлый четверг в Архангельской области произошел взрыв на военном полигоне. По официальным данным, это случилось во время испытаний «ядерной батарейки». Позже президент США Дональд Трамп связал инцидент с испытаниями новой российской крылатой ракеты «Буревестник», о разработке которой в прошлом году во время послания Федеральном собранию заявил Владимир Путин.

Между тем, к заявлениям Вашингтона не стоит относиться всерьез, так как они не подкреплены конкретными данными, считает программный директор Российского совета по международным делам Иван Тимофеев: «Такие заявления очень противоречивы, как правило, поскольку за ними не следует представления каких-то конкретных данных, на основе которых они сделаны. В лучшем случае такие высказывания подкрепляются фразой "По данным нашей разведки". Каких данных? Непонятно. Как правило, больше информации никакой не предъявляют.

Так что сказать можно все что угодно, например, что рептилоиды их украли.

Для того чтобы заявление было политически серьезно воспринято, нужны конкретные данные, конкретные доказательства. Насколько я понимаю, сейчас они не представлены. Вместе с тем, у России, конечно, достаточно серьезный научно-исследовательский потенциал, так что вряд ли ей нужно у кого-то что-то заимствовать. Другое дело, что каждая нормальная держава следит за разработками, которые ведутся в других странах. Это нормальная составляющая деятельности любого государства в области нацбезопасности, этим занимаются и сами американцы, и другие страны».

Ранее агентство Reuters сообщало, что взрыв под Северодвинском может быть связан с созданием Россией гиперзвукового оружия. Агентство ссылалось на неназванного высокопоставленного представителя американской администрации.

В свою очередь, в «Росатоме» объясняли инцидент испытанием «ядерных батареек». Речь идет о радиоизотопных термоэлектрических генераторах (РИТЭГ), говорит заведующий радиозотопной лабораторией Института ядерных исследований РАН Борис Жуйков. Но, по его словам, они не подходят для использования в ракетах: «В чем преимущество РИТЭГ? В том, что они могут долго-долго работать, сотни дней и даже много лет без обслуживания, без какой-то подзарядки и замены элементов. Но они дают маленькую мощность. Поэтому их используют в космических аппаратах, в которых нужен постоянный источник электроэнергии, хотя мощности там небольшие. Для чего их в ракете использовать, лично я не понимаю.

Существует другая версия — что там вовсе не РИТЭГ взорвался, а компактный ядерный реактор: они уже существуют.

Их давным-давно разрабатывали, Курчатовский институт этим занимался. Вот они могут использоваться в ракетах, потому что дают большие мощности, чем РИТЭГ. Например, засасывается воздух, в ядерном реакторе создается очень высокая температура, после чего воздух выбрасывается, и образуется реактивная тяга. Но что там в действительности использовалось, я сказать не могу».

Сразу после взрыва МЧС сообщили о кратковременном превышении уровня радиации в Архангельской области в 16 раз. Это сообщение вскоре было удалено, однако позже данные подтвердили в Росгидромете. По словам экспертов, опрошенных "Ъ FM", судить о том, что именно произошло под Северодвинском, можно будет только в том случае, если будет раскрыт изотопный состав ядерного выброса.

Кирилл Абакумов


Радиоизотопный термоэлектрический генератор — Википедия

РИТЭГ (радиоизотопный термоэлектрический генератор) — радиоизотопный источник электроэнергии, использующий тепловую энергию, выделяющуюся при естественном распаде радиоактивных изотопов и преобразующий её в электроэнергию с помощью термоэлектрогенератора.

По сравнению с ядерными реакторами, использующими цепную реакцию, РИТЭГи значительно компактнее и проще конструктивно. Выходная мощность РИТЭГ весьма невелика (до нескольких сотен ватт) при небольшом КПД. Зато в них нет движущихся частей и они не требуют обслуживания на протяжении всего срока службы, который может исчисляться десятилетиями.

РИТЭГи, как правило, являются наиболее приемлемым[источник не указан 2025 дней] источником энергии для автономных систем, нуждающихся в нескольких десятках-сотнях ватт при очень длительном времени работы, слишком долгом для топливных элементов или аккумуляторов.

В космосе[править]

РИТЭГи являются основным источником электропитания на космических аппаратах, имеющих продолжительную миссию и сильно удаляющихся от Солнца (например Вояджер-2 или Кассини-Гюйгенс), где использование солнечных батарей неэффективно или невозможно.

Плутоний-238 в 2006 г. при запуске зонда New Horizons к Плутону нашёл свое применение в качестве источника питания для аппаратуры космического аппарата[1]. Радиоизотопный генератор содержал 11 кг высокочистого диоксида 238Pu, производящего в среднем 220 Вт электроэнергии на протяжении всего пути (240 Вт в начале пути и, по расчётам, 200 Вт к концу)[2][3].

Зонды Галилео и Кассини были также оборудованы источниками энергии, в качестве топлива для которых служил плутоний[4]. Марсоход Curiosity получает энергию благодаря плутонию-238[5]. Марсоход использует последнее поколение РИТЭГов, называемое Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator. Это устройство производит 125 Вт электрической мощности, а по истечении 14 лет — 100 Вт[6].

РИТЭГ SNAP-27, применявшийся в миссии Аполлон-14 (в центре).

Несколько килограммов 238PuO2 использовались на некоторых миссиях Аполлонов для электропитания приборов ALSEP. Генератор электроэнергии SNAP-27 (англ. Systems for Nuclear Auxiliary Power), тепловая и электрическая мощность которого составляла 1480 Вт и 63,5 Вт соответственно, содержал 3,735 кг диоксида плутония-238.

На Земле[править]

РИТЭГ применялись в навигационных маяках, радиомаяках, метеостанциях и подобном оборудовании, установленном в местности, где по техническим или экономическим причинам нет возможности воспользоваться другими источниками электропитания. В частности, в СССР их использовали в качестве источников питания навигационного оборудования, установленного на побережье Северного Ледовитого океана вдоль трассы Северного морского пути. В настоящее время, в связи с риском утечки радиации и радиоактивных материалов, практику установки необслуживаемых РИТЭГ в малодоступных местах прекратили.

В США РИТЭГ использовались не только для наземных источников питания, но и для морских буев и подводных установок. Например, в 1988 году СССР обнаружил два американских РИТЭГа рядом с советскими кабелями связи в Охотском море. Точное количество установленных США РИТЭГ неизвестно, оценки независимых организаций указывали 100—150 установок на 1992 год[7].

Плутоний-236 и плутоний-238 применялся для изготовления атомных электрических батареек, срок службы которых достигает 5 и более лет. Их применяют в генераторах тока, стимулирующих работу сердца (кардиостимулятор)[8][9]. По состоянию на 2003 г. в США было 50—100 человек, имеющих плутониевый кардиостимулятор[10]. До запрета на производство[источник не указан 2023 дня]плутония-238 в США, ожидалось, что его применение может распространиться на костюмы водолазов и космонавтов[11].

Радиоактивные материалы, используемые в РИТЭГах, должны соответствовать следующим характеристикам:

  • Достаточно высокая объёмная активность для получения значительного энерговыделения в ограниченном объёме установки. Минимальный объём ограничен тепловой и радиационной стойкостью материалов, слабоактивные изотопы ухудшают энергомассовое совершенство установки. Обычно это значит что период полураспада изотопа должен быть достаточно мал для высокой интенсивности распадов и распад должен давать достаточно много легкоутилизируемой энергии.
  • Достаточно длительный период поддержания мощности для выполнения задачи. Обычно это значит что период полураспада изотопа должен быть достаточно велик для заданной скорости падения энерговыделения. Типичные времена полураспада изотопов, используемых в РИТЭГах, составляют несколько десятилетий, хотя изотопы с коротким периодом полураспада могут быть использованы для специализированных применений.
  • Удобный для утилизации энергии вид ионизирующего излучения. Гамма-излучение легко вылетает из конструкции, унося с собой энергию распада. Относительно легко могут улетать также нейтроны. Образующиеся при β-распаде высокоэнергетичные электроны неплохо задерживаются, однако при этом образуется тормозное рентгеновское излучение, уносящее часть энергии. При α-распаде образуются массивные α-частицы, эффективно отдающие свою энергию практически в точке образования.
  • Безопасный для экологии и аппаратуры вид ионизирующего излучения. Значительные гамма-, рентгеновское и нейтронное излучения зачастую требуют специальных конструктивных мер по защите персонала и близкорасположенной аппаратуры.
  • Относительная дешевизна изотопа и простота его получения в рамках имеющихся ядерных технологий.

Плутоний-238, кюрий-244 и стронций-90 являются чаще всего используемыми изотопами. Другие изотопы, такие как полоний-210, прометий-147, цезий-137, церий-144, рутений-106, кобальт-60, кюрий-242 и изотопы тулия были также изучены. Например, полоний-210 имеет период полураспада всего 138 дней при огромном начальном тепловыделении в 140 Вт на грамм. Америций-241 с периодом полураспада 433 года и тепловыделением 0,1 Вт/грамм[12].

Плутоний-238 чаще всего применяется в космических аппаратах. α-распад с энергией 5,5 МЭв (один грамм дает ~0,54 Вт). Период полураспада 88 лет (потеря мощности 0,78 % в год) с образованием высокостабильного изотопа 234U. Плутоний-238 является почти чистым альфа-излучателем, что делает его одним из самых безопасных радиоактивных изотопов с минимальными требованиями к биологической защите. Однако получение относительно чистого 238-го изотопа требует эксплуатации специальных реакторов, что делает его дорогим[13][14].

Стронций-90 широко применялся в наземных РИТЭГ советского и американского производства. Цепочка из двух β-распадов дает суммарную энергию 2.8 МЭв (один грамм дает ~0,46 Вт). Период полураспада 29 лет с образованием стабильного 90Zr. Стронций-90 получают из отработавшего топлива ядерных реакторов в больших количествах. Дешевизна и обилие этого изотопа определяет его широкое использование в наземном оборудовании. В отличие от плутония, стронций имеет значительный уровень ионизирующего излучения высокой проницаемости, что предъявляет относительно высокие требования к биологической защите[14].

Существует концепция подкритических РИТЭГ[15][16]. Подкритический генератор состоит из источника нейтронов и делящегося вещества. Нейтроны источника захватываются атомами делящегося вещества и вызывают их деление. Основное преимущество такого генератора в том что энергия распада реакции с захватом нейтрона может быть гораздо выше энергии самопроизвольного деления. Например, для плутония это 200 МЭв против 6 МЭв спонтанного деления. Соответственно, потребное количество вещества гораздо ниже. Количество распадов и радиационная активность в пересчете на тепловыделение также ниже. Это снижает вес и размеры генератора.

Выведенные из эксплуатации РИТЭГи

Наземные РИТЭГ в России[править]

Во времена СССР было изготовлено 1007 РИТЭГ для наземной эксплуатации. Почти все они делались на базе радиоактивного тепловыделяющего элемента с изотопом стронций-90 (РИТ-90). Тепловыделяющий элемент представляет собой прочную герметичную сварную капсулу, внутри которой находится изотоп. Выпускалось несколько вариантов РИТ-90 с разным количеством изотопа[17]. РИТЭГ оснащался одной или несколькими капсулами РИТ, радиационной защитой (зачастую на основе обедненного урана), термоэлектрическим генератором, радиатором охлаждения, герметичным корпусом, электроцепями. Типы выпускавшихся в Советском Союзе РИТЭГ:[17][18]

Тип Начальная активность, кКи Тепловая мощность, Вт Электрическая мощность, Вт КПД, % Масса, кг Год начала выпуска
Эфир-МА 104 720 30 4,167 1250 1976
ИЭУ-1 465 2200 80 3,64 2500 1976
ИЭУ-2 100 580 14 2,41 600 1977
Бета-М (англ.)русск. 36 230 10 4,35 560 1978
Гонг 47 315 18 5,714 600 1983
Горн 185 1100 60 5,455 1050 1983
ИЭУ-2М 116 690 20 2,899 600 1985
Сеностав 288 1870 - - 1250 1989
ИЭУ-1М 340 2200 120 5,455 2100 1990

Срок службы установок может составлять 10-30 лет, у большинства из них он закончился. РИТЭГ представляет собой потенциальную опасность, так как размещается в безлюдной местности и может быть похищен, а затем использован в качестве грязной бомбы. Были зафиксированы случаи разукомплектации РИТЭГов охотниками за цветными металлами[19], при этом сами похитители получили смертельную дозу облучения[20].

В настоящее время проходит процесс их демонтажа и утилизации под надзором Международного агентства по атомной энергии и при финансировании США, Норвегии и других стран[17]. К началу 2011 года демонтировано 539 РИТЭГ[21]. По состоянию на 2012 год 72 РИТЭГ эксплуатируются, 3 утеряны, 222 на хранении, 31 в процессе утилизации[22][23]. Четыре установки эксплуатировались в Антарктиде[24].

Новые РИТЭГи для навигационных нужд больше не производятся, вместо них устанавливаются ветроэнергетические установки и фотоэлектрические преобразователи[20], в некоторых случаях дизель‑генераторы. Эти устройства получили название АИП (альтернативные источники питания). Состоят из панели солнечных батарей (или ветрогенератора), набора необслуживаемых аккумуляторных батарей, светодиодного маяка (кругового или створного), программируемого электронного блока, который задает алгоритм работы маяка.

Требования к конструкции РИТЭГ[править]

В СССР требования к РИТЭГ устанавливались ГОСТ 18696-90 «Генераторы радионуклидные термоэлектрические. Типы и общие технические требования». и ГОСТ 20250-83 «Генераторы радионуклидные термоэлектрические. Правила приёмки и методы испытаний».

  • Мощность эквивалентной дозы ионизирующего излучения на внешней поверхности РИТЭГ не должна превышать 2,0 мЗв/ч, а на расстоянии 1 м от неё — 0,1 мЗв/ч.
  • Конструкция РИТЭГ должна обеспечивать отсутствие выхода из него радионуклидов и сохранение защитных характеристик радиационной защиты при падении РИТЭГ на твердое основание с высоты 9 м, а также после воздействия на него температуры в 800°С в течение 30 мин.
  • Температура всех доступных поверхностей РИТЭГ не должна превышать 80 °С[25].

Инциденты с РИТЭГ на территории СНГ[править]

Источники данных — НКО «Беллона»[26] и МАГАТЭ[17]

Дата Место
1983, март Мыс Нутэвги, Чукотка Сильное повреждение РИТЭГа по пути к месту установки. Факт аварии был скрыт персоналом, обнаружен комиссией Госатомнадзора в 1997 году. По состоянию на 2005 год данный РИТЭГ был заброшен и оставался на мысе Нутэвги. По состоянию на 2012 год все РИТЭГи вывезены из Чукотского автономного округа[27].
1987 Мыс Низкий, Сахалинская обл. При транспортировке вертолёт уронил в Охотское море РИТЭГ типа ИЭУ-1, который принадлежал Министерству обороны СССР. По состоянию на 2013 поисковые работы, с перерывами, продолжаются[28].
1997 Таджикистан, Душанбе Три отслуживших свой срок РИТЭГа хранились в разобранном неизвестными лицами виде на угольном складе в центре Душанбе, вблизи был зарегистрирован повышенный гамма-фон[29].
1997, август Мыс Марии, Сахалинская обл. При транспортировке вертолёт уронил в Охотское море РИТЭГ типа ИЭУ-1, который оставался на дне на глубине 25-30 м. Спустя 10 лет был поднят и отправлен на утилизацию[30][31].
1998, июль Корсаковский порт, Сахалинская обл. В пункте приема металлолома обнаружен в разобранном виде РИТЭГ, принадлежащий Минобороны РФ.
1999 Ленинградская обл. РИТЭГ разграблен охотниками за цветными металлами. Радиоактивный элемент (фон вблизи — 1000 Р/ч) был найден на автобусной остановке в Кингисеппе.
2000 Мыс Бараниха, Чукотка Естественный фон близ аппарата был превышен в несколько раз вследствие неисправности РИТЭГ.
2001, май Кандалакшский залив, Мурманская обл. С маяков на острове похищены 3 радиоизотопных источника, которые были обнаружены и отправлены в Москву.
2002, февраль Западная Грузия В районе села Лия Цаленджихского района местными жителями найдено два РИТЭГа, которые были ими использованы как источники тепла, а затем разобраны. В результате несколько человек получили высокие дозы облучения[32].
2003 о. Нунэанган, Чукотка Установлено, что внешнее излучение аппарата превышало допустимые пределы в 5 раз по причине недостатков в его конструкции.
2003 о. Врангеля, Чукотка Вследствие размыва берега установленный здесь РИТЭГ упал в море, где был замыт грунтом. В 2011 г. штормом выброшен на побережье. Радиационная защита аппарата не повреждена[33]. В 2012 вывезен с территории Чукотского автономного округа[27].
2003 мыс Шалаурова Изба, Чукотка Радиационный фон вблизи установки был превышен в 30 раз по причине недостатка в конструкции РИТЭГ[34].
2003, март Пихлисаар, Ленинградская обл. РИТЭГ разграблен охотниками за цветными металлами. Радиоактивный элемент был выброшен на ледовое покрытие. Горячая капсула со стронцием, проплавив лёд, ушла на дно, фон вблизи составил 1000 Р/ч. Капсула была вскоре найдена в 200 м от маяка.
2003, август Шмидтовский район, Чукотка Инспекция не обнаружила РИТЭГ типа «Бета-М» № 57 в месте установки у реки Кывэквын; по официальной версии предполагалось, что РИТЭГ был замыт в песок в результате сильного шторма или что он был похищен.
2003, сентябрь Остров Голец, Белое море Персонал Северного флота обнаружил хищение металла биологической защиты РИТЭГа на острове Голец. Была также взломана дверь в помещение маяка, где хранился один из наиболее мощных РИТЭГов с шестью элементами РИТ-90, которые украдены не были.
2003, ноябрь Кольский залив, губа Оленья и остров Южный Горячинский Два РИТЭГа, принадлежащие Северному флоту, разграблены охотниками за цветными металлами, а их элементы РИТ-90 найдены неподалеку.
2004 Приозерск, Казахстан Чрезвычайная ситуация, произошедшая вследствие несанкционированной разборки шести РИТЭГов.
2004, март п. Валентин, Приморский край РИТЭГ, принадлежащий Тихоокеанскому флоту, найден разобранным, по-видимому, охотниками за цветными металлами. Радиоактивный элемент РИТ-90 обнаружен неподалеку.
Июль, 2004 Норильск На территории воинской части было обнаружено три РИТЭГа, мощность дозы на расстоянии 1 м от которых в 155 раз превышала естественный фон.
Июль, 2004 Мыс Наварин, Чукотка Механические повреждения корпуса РИТЭГа неизвестного происхождения, в результате чего произошла разгерметизация и часть радиоактивного топлива выпала наружу. Аварийный РИТЭГ вывезен на утилизацию в 2007 году, поражённые участки прилегающей территории были дезактивированы[35].
Сентябрь, 2004 Земля Бунге, Якутия Аварийный сброс двух перевозимых РИТЭГов с вертолёта. В результате удара о землю целостность радиационной защиты корпусов была нарушена, мощность дозы гамма-излучения вблизи места падения составляла 4 мЗв/ч.
2012 о. Лишний, Таймыр В месте установки РИТЭГа проекта «Гонг» обнаружены его обломки. Предполагается, что аппарат был смыт в море[24]. Обнаружен в 2014 году под водой в 200 м севернее острова Лишний совместной экспедицией ФГУП «Гидрографическое предприятие» и ООО «ТехноТерра»[источник не указан 2060 дней]

В кинематографе[править]

  • В фильме «Как я провёл этим летом» часть сюжетной линии разворачивается вокруг станционного РИТЭГа. Главный герой отогревается около неисправной установки, как у печки, и получает дозу радиации.
  • В фильме «Марсианин» главный герой откапывает РИТЭГ и использует его для отопления марсохода.
  1. Константин Лантратов Плутон стал ближе (рус.) // Газета Коммерсантъ : статья. — Коммерсантъ, 2006. —. —.
  2. Александр Сергеев Зонд к Плутону: безупречный старт большого путешествия (рус.). — Элементы.Ру, 2006.
  3. Тимошенко, Алексей Космическая эра — человек оказался не нужен (рус.)(недоступная ссылка — история). gzt.ru (16 сентября 2010). Проверено 22 октября 2010. Архивировано из первоисточника 19 апреля 2010.
  4. ↑ Энергия чистой науки: Ток из коллайдера (рус.) // physics arXiv blog Популярная механика : статья. — 12.08.10.
  5. ↑ В NASA провели первый тест-драйв нового марсохода (рус.). Lenta.ru (26 июля 2010). Проверено 8 ноября 2010. Архивировано из первоисточника 3 февраля 2012.
  6. Ajay K. Misra Overview of NASA Program on Development of Radioisotope Power Systems with High Specific Power (англ.) // NASA/JPL : обзор. — San Diego, California, июнь 2006.
  7. ↑ World Information Service on Energy. Alaska fire threatens air force nukes.
  8. Дриц М. Е. и др. Свойства элементов. — Справочник. — М.: Металлургия, 1985. — 672 с. — 6500 экз.
  9. Venkateswara Sarma Mallela, V Ilankumaran, N.Srinivasa Rao Trends in Cardiac Pacemaker Batteries (англ.) // Indian Pacing Electrophysiol J : статья. — 1 октября 2004. —. —.
  10. ↑ Plutonium Powered Pacemaker (1974) (англ.). Oak Ridge Associated Universities (23 марта 2009). Проверено 15 января 2011. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011.
  11. Bayles, John J.; Taylor, Douglas. SEALAB III – Diver's Isotopic Swimsuit-Heater System (англ.). Department of Defense (1970). Проверено 15 января 2011. Архивировано из первоисточника 23 августа 2011.
  12. ↑ Nuclear and Emerging Technologies for Space (2012). Development and testing of Americium-241 radioisotope thermoelectric generator.
  13. ↑ Nuclear power: Desperately seeking plutonium
  14. 14,014,1 Atomic Insights, Sept 1996, RTG Heat Sources: Two Proven Materials
  15. ↑ Center of Space Nuclear Research
  16. ↑ Journal of the British Interplanetary Society. Advanced Subcritical Assistance Radioisotope Thermoelectric Generator
  17. 17,017,117,217,3 Перспективы завершения программы утилизации российских РИТЭГов // МАГАТЭ. — 2013 (текст, схемы и фотоснимки)
  18. ↑ Радиоизотопные термоэлектрические генераторы — Bellona
  19. Чернобыльское разгильдяйство сегодня: под Норильском раскурочены бесхозные ритэги — НКО «Беллона», 12 апреля 2006
  20. 20,020,1 Опыт военных гидрографов РФ может ускорить очистку Севпорпути от РИТЭГов— Российское атомное сообщество, 18 января 2012
  21. ↑ Международное сотрудничество по решению проблем наследия «холодной войны»
  22. ↑ Отчет МАГАТЭ по утилизации РИТЭГ, 2012
  23. ↑ Отчет МАГАТЭ по утилизации РИТЭГ, 2011
  24. 24,024,1 А. Криворучек. Две энергоустановки для питания автономных маяков на Севморпути бесследно исчезли. Известия (23 августа 2013). Проверено 15 сентября 2013.
  25. ↑ СанПиН 2.6.1.2749-10 «Гигиенические требования по обеспечению радиационной безопасности при обращении с радиоизотопными термоэлектрическими генераторами»
  26. Р. Алимов. Рабочие материалы «Беллоны». НКО «Беллона» (2 апреля 2005). Проверено 5 июля 2013. Архивировано из первоисточника 6 июля 2013.
  27. 27,027,1 С Чукотки вывезен последний радиоизотопный термоэлектрический генератор.
  28. ↑ ИА «Сахалин-Курилы», 11.06.2013
  29. В.Касымбекова. Радиация в таджикском Файзабаде — угрозы нет? — ЦентрАзия, 11.04.2011
  30. ↑ Со дна Охотского моря подняли аварийно затопленный РИТЭГ. Regnum (13 сентября 2007). Проверено 25 мая 2013. Архивировано из первоисточника 25 мая 2013.
  31. ↑ Фото поднятого РИТЭГа
  32. ↑ IAEA Annual Report 2003
  33. ↑ Последний РИТЭГ. Администрация Чаунского муниципального района (28 мая 2012). Проверено 8 июля 2013. Архивировано из первоисточника 9 июля 2013.
  34. В. Литовка. Перманентная вялотекущая радиационная авария. информационный бюллетень "Кайра-вестник" (№4, сентябрь 2002). Проверено 15 сентября 2013.
  35. Ликвидирована авария на мысе Наварин Беринговского района Чукотки — chukotken.ru, 11 Сентября 2003

«сердца» космических роботов, или оружие террористов?

Космические технологии являются технологиями двойного использования. Этот хрестоматийный факт известен даже школьникам. Когда-то германско-американский конструктор Вернер фон Браун, создавший ракету-носитель «Сатурн-5», который доставил людей на Луну, выразил особенность космической техники с помощью такой аллегории: скальпель хирурга, проникший в тело пациента на несколько миллиметров больше допустимого, вместо выздоровления может принести…

Относится это наблюдение и к данной статье, предоставит ей смерть вполне детективное начало.23 августа газета «Известия» опубликовала материал под названием: «Две энергоустановки для питания автономных маяков на Севморпути бесследно исчезли».

Заголовок этот вряд ли мог вызвать повышенный читательский интерес.

Исчезли, ну и исчезли - в современной России каждый день что-нибудь исчезает, причем по масштабам и стоимости куда больше, чем пара энергоустановок для маяков. «Зацепить» читателя могла дальнейшая информация, содержавшаяся в статье: данные энергоустановки, которые вполне могли быть похищены, являются своим видом «ядерными батарейками», обладающими смертельным для человека излучением.

«террористы могут получить доступ к ядерным хранилищам бывшего СССР», «грязная бомба», «в России не досчитались« ядерных чемоданчиков »» и т. . д… И почва для подобных ассоциаций, увы, есть.

Имя его РИТЭГ

Это непонятное для обывателя слово аббревиатурой более туманного для широкой читательской аудитории словосочетания «Радиоизотопный термоэлектрический генератор».А между тем устройством, скрывающееся за этими названиями, даёт в буквальном смысле слова жизнь приборам и механизмы, которые нередко занимают центральные места в сообщениях СМИ.

Вспомним: «Вояджеры», «Кьюриосити», «Галилей», «Кассини», «Новые горизонты»… Имена этих космических аппаратов (КА) давно стали синонимом высших достижений человеческого разума, его непрекращающегося стремления познавать новое и одновременно расширять людей за пределы Земли.

Работая на большом удалении от Солнца, данные КА получают энергию от солнечных батарей, а от РИТЭГов, которые питают их «мозги» (компьютеры), «органы чувств» (датчики и антенны), а в случае с «Кьюриоисити» - еще «ноги» и «руку» (двигатель и выносную управляемую штангу с лазером).

А топливом для РИТЭГов является плутоний-238. Блок этого радиоактивного элемента размером с кулак, раскаляется в результате процессов распада, которые в нем идут, вполне может в течение многих лет удовлетворять голод, работающий где-нибудь на границе Солнечной системы, или за ее пределами.

«Аппетиты» у КА разные. «Галилей», вращавшийся вокруг Юпитера, потребовал 15,6 кг плутония-238. По прожорливости его явно превзошел направленный к Сатурну и его спутникам КА «Кассини», в РИТЭГ которого было загружено 32,7 кг этого радиоактивного топлива.КА «Новые горизонты», следующий в настоящее время к Плутону, ограничился лишь 10,9 кг плутония-238.

По сравнению с ними «Кьюриосити» - «малоежка». На два гарантированных земных года работы на поверхности Марса понадобилось всего 4,77 кг радиоактивной «еды». Однако, энергии в его РИТЭГе может хватить на 10-15 лет путешествия по Красной планете и ее исследования.

Без хлеба не бывает зрелищ

Этот принцип работы в отношении КА, особенно тех, приходится работать в «дальнем» космосе на большом удалении от Солнца.Без радиоактивного «хлеба» в их РИТЭГах человечеству не увидеть «глазами» этих роботов то, что не разглядеть с Земли в самый мощный телескоп.

Но так раз с этим «хлебом» в США и возникли проблемы. Дело в том, что в конце 1980-х годов Соединенные Штаты закрыли в местечке под названием Саванна Ривер в Южной Каролине производство плутония-238. Сделано это было по соображениям безопасности. Больше нигде данный радиоактивный элемент в США не производился.

После этой Америки закупала плутоний-238 у России.Но, то ли из-за истощения запасов этого материала в самой России, то ли по каким-то другим причинам, но РФ ввела двухгодичный мораторий в 2010-2011 годах на поставку плутония-238 в США.

Стало очевидно, что Соединенным Штатам необходимо возобновить собственное производство плутония-238, или зависеть по критически важным компонентам будущих миссий своих КА в «дальний» космос от России. Подобная перспектива отнюдь не радовала Вашингтон, особенно с усложнившими отношениями с Москвой, несмотря на политику «перезагрузки» двусторонних отношений, начатой ​​администрацией Барака Обамы.

В итоге США совместными усилиями НАСА и министерства энергетики возобновили в 2013 году производство плутония-238. Сделано это было в Национальной лаборатории, расположенной в Оак-Ридж, Теннеси. В результате облучения нептуния-237 нейтронами в течение месяца удалось получить небольшое количество плутония-238. После того, как производство выйдет на проектную мощность, США надеются получить от 1,5 до 2 килограммов данного элемента в год.

Американские эксперты рады «своему» плутонию-238 не только потому, что перестали зависеть от поставок этого топлива для КА.Произведенный в США плутоний заметно свежее, чем тот, который Америка получала из России (период полураспада плутония-238 составляет 87,8 лет, так как данный элемент 20-ти, или 30-ти летней давности уже не несет в себе такой запас энергии, как «новорожденный»).

Чем меньше ешь, тем меньше стоишь и меньше соришь

Это наблюдение также полностью применимо к КА. Производство плутония-238 является весьма дорогостоящим, а потому конструкторы работают над снижением «аппетита» будущего КА, но так, чтобы это, разумеется, не сказалось на их производительности.

В настоящее время специалисты НАСА представляют так называемый «Усовершенствованный РИТЭГ Стирлинга» (АСРГ - усовершенствованный радиоизотопный генератор Стирлинга). Он должен выполнять в четыре раза больше электроэнергии на один килограмм плутония-238, чем это РИТЭГ. Два генератора данного типа должны поступить на испытания уже в 2016 году.

Есть поговорка: «Наши недостатки продолжаются наших достоинств». Не избежал действия этого принципа и РИТЭГ Стирлинга. У «классических» РИТЭГов, конструкция которых основана на термопарах, лишь 5-7% энергии идет на производство электричества.Остальная часть - на разогрев плутониевого топлива.

РИТЭГ Стирлинга в роли производителя электричества, как уже отмечалось, намного эффективнее. Но… оснащенный им КА может в буквальном смысле слова замерзнуть при абсолютном нуле «дальнего» космоса. Ведь пример РИТЭГ производил довольно много тепла, которое шло на обогрев системного аппарата.

У РИТЭГа Стирлинга этого нет. Значит, придется подумать о каких-то дополнительных обогревателях для КА, оснащенных РИТЭГом данного типа.А это увеличит вес и стоимость аппарата. Поэтому, говорить о том, что все будущие космические роботы системы ASRG, пока преждевременно.

Но есть у РИТЭГА Стирлинг одно бесспорное преимущество перед его традиционным «собратьями», которое значительно повышает шансы на его использование в будущем космических миссиях. Чем меньше радиоактивного материала отправляется за пределы атмосферы, тем меньше радиоактивное загрязнение Земли в том случае, если ракета-носитель, выводящая на орбиту КА с плутонием, потерпит аварию.

Зачем РИТЭГи террористам и их пособникам

Но радиоактивное заражение топливом РИТЭГа может произойти не только в результате аварии ракеты-носителя, выводящего на орбиту КА с ядерной установкой на борту. Увы, это может стать следствием чьих-либо злонамеренных действий.

Возьмем уже упомянутую «грязную бомбу». Не обладая зарядом достаточной мощности, чтобы нанести поражение взрывной волной и огнем, она может просто разбросать вокруг себя радиоактивное вещество, вызвавчевчевую болезнь у населения и сделав городской район, или участок местности непригодными для проживания.Заманчивая использование перспективы для террористов, которые могли изготовить эту бомбу с топлива РИТЭГа.

.

Прикрепленные к другим сферам деятельности, строго охраняемые предприятия космической отрасли злоумышленникам добраться практически невозможно, к другим сферам деятельности, вполне вероятно.

Светят стронцием огни тому морпути

Вернемся к, о чем начали статьи - к пропаже на Севере двух РИТЭГов, питавших автономные маяки.Согласно «Известиям, в СССР было произведено 1007 энергоустановок данного типа для нужд морской навигации и космической отрасли. В качестве источника энергии там использовались два радиоактивных элемента: стронций-90 и итрий-90.

В ведении Минобороны находились 414 РИТЭГов. Как правило, они используются в качестве источников питания маяков и навигационных знаков трассы Северного морского пути на побережье и островах Северного Ледовитого океана в зоне Арктики.

Энергоустановки были спроектированы с учетом воздействия суровых природных факторов и обеспечение защиты окружающей среды от излучения.Расчетный максимально возможный ресурс эксплуатации - 25 лет. Сейчас моменту он полностью исчерпан - оставшиеся в море и на побережье установки были введены в действие в период с 1974 по 1985 год.

Кроме того (а это особенно важно с учетом реалий сегодняшнего дня), конструкция навигационных знаков не предусматривает защиты от вандализма.

По данным «Известий», сейчас на Севморпути продолжает работать 56 РИТЭГов. Еще 12 используются Минобороны на Камчатке, четыре находятся в ведении Росгидромета в Антарктиде.191 генератор хранится на различных площадках («ДальРАО», «РосРАО», ПО «Маяк», В / О «Изотоп»).

Куда ушли РИТЭГи

В 1990-е годы маяковые генераторы выработали ресурс. Но когда началась их утилизация, выяснилось, что некоторые установки исчезли. Как рассказал «Известиям» начальник отдела по работе с изотопными источниками управления нераспространения и физического Курчатовского института Александр Григорьев, часть РИТЭГов смыло в океан, несколько было потеряно при транспортировке, а судьба двух до сих пор не известна.

На месте одного из пропавших маяков - 700-килограммового устройства под названием «Гонг», установленного около полуострова Таймыр, исследовательское судно обнаружило в 2012 году лишь металлические обломки. По словам Григорьева, в зоне нахождения маяка на Таймыре «за несколько лет изменилась береговая полоса, и генератор просто замыло песком.
мы обследовали это место год назад, и сам генератор не смог, только обломки. Вероятно, его затянуло в океан ».

Еще один генератор - 680-килограммовый «Бета-М» - пропал с мыса Кувэквын на Чукотке.Он был установлен на берегу, чтобы закрыть его, потому что «остается версия, что кто-то утащил».

В Институте динамики геосфер РАН считают, что в исчезновении РИТЭГов могут быть повинны охотники за металлоломом. «На Кольском полуострове были случаи, когда местные жители вскрывали установку, чтобы продать их на металлолом, и естественно, смертельную дозу облучения», - рассказал «Известиям» сотрудник института Алексей Пустовалов.

По данным НКО «Беллона», приведенным в издании, с 1987 по 2004 год было зафиксировано девять случаев разграбления РИТЭГов, три аварийных сброса генераторов с транспортных вертолета, три раза выявлены утечки радиации по причине недостатков конструкции.Кроме того, два РИТЭГа были потеряны под слоем грунта, и в одном случае не удалось установить причины механических повреждений корпуса.

Охотников за металлоломом явно подводят пробелы в знаниях физики на уровне средней школы. По словам Пустовалова, период полураспада стронция-90, которым заряжены РИТЭГи, составляет около 300 лет. Все это время он продолжает фонить. Поэтому металлы, из которой сделаны установки, нержавеющая сталь, свинец, алюминий, обедненный уран - непригодны для дальнейшей переработки.

Тем не менее, части РИТЭГов, как отмечается в «Известиях», обнаруживались в самых неожиданных местах. Три вскрытых и фонящих генератора были обнаружены в 1997 году на угольном складе в Душанбе, в 1998 году фрагменты РИТЭГа нашли в приеме металла в Сахалинской области, в 1999 году топливную капсулу со стронцием нашли даже на автобусной остановке в Ленинградской области.

Остается лишь надеяться, что похитители этих генераторов охотились только за металлом, из которых они были сделаны, а не за топливом, которое в них использовалось.

Элетролит, ветра и солнце идут на смену стронцию

По данным газеты, сейчас на Севморпути продолжает работать 56 РИТЭГов. Еще 12 используются Минобороны на Камчатке, четыре находятся в ведении Росгидромета в Антарктиде. 191 генератор хранится на различных площадках («ДальРАО», «РосРАО», ПО «Маяк», В / О «Изотоп»).

До 2014 года в рамках Федеральной целевой программы «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2008 год и на период до 2015 года» Россия должна утилизировать 269 радиоизотопных генераторов.Восемь из них находятся на материковом побережье и островах моря Лаптевых.

Означает ли это, что вместе с РИТЭГами канут в прошлое и автономные маяки, которые их использовали? Отнюдь. Маяки эти теперь оборудуют химическими, солнечными и ветровыми источниками питания. А финансовую помощь в утилизации радиоактивных генераторов России выполните Норвегия, США и Франция.

Вместо послесловия

Этот раздел статьи можно было также назвать «Эхо‘ холодной войны ‘».В середине августа газета The Washington Post опубликовала материал под названием: «Спасая мир у Плутониевой горы». Нем говорилось об усилиях российских, казахских и американских специалистов, направленных на безопасность бывшего ядерного полигона в Семипалатинске. В свое время Советский Союз произвел там 450 ядерных взрывов.

Финансирование работ произошло за счет американской программы, созданной еще в 1991 году. Она получила название Нанн-Лугар в честь ее авторов: сенаторов Сэма Нанна и Ричарда Лугара.Цель данной программы был максимально снизить риск, который исходить с территории бывшего СССР от оружия массового уничтожения, или тех материалов, которые использовались для его изготовления.

В материале The Washington Post довольно подробно рассказывается о том, как были запечатаны бетонными колпаками шахты Семипалатинска, которые использовались для ядерных испытаний. По завершению этих работ выяснилось, что под этой же горной грядой Дегелен есть сеть туннелей, в которой могло находиться 100 килограммов оружейного плутония-239.

Этого количества вполне хватило бы для производства, как минимум атомных бомб. В срочном порядке входы в эти тоннели были также запечатаны. Мера отнюдь не лишняя с учетом того, что жители близлежащих населенных пунктов уже задолго до этого начали активными охоту за металлами, остався в подземной инфраструктуре Семипалатинска.

Но помимо «безобидного» металла, в шахтах и ​​туннелях (и не только под горами Дегелен) отмечают авторы статьи Дэвид Хоффман и Эбен Харрел, остался оружейный плутоний.По некоторым данным его общая масса может достигать 200 килограммов. Период полураспада этого материала достигает почти 24 500 лет. И как знать, не попробует ли кто-нибудь этот срок до него с целью достижения цели ядерной шантажа?

Человечество пока не проявило тенденции ни к более разумному, безопасному безопасному использованию топлива РИТЭГов, или оружейного плутония с преступным умыслом, это максимально оградить их от попадания в руки злоумышленников.Поэтому охрану и демонтажу отработавших ядерных генераторов должно придаваться такое же значение, как запечатыванию подземелий Семипалатинска.

Радиоизотопный термоэлектрический генератор - Радиоизотопный термоэлектрический генератор

.

Тип электрогенератора

Радиоизотопный термоэлектрический генератор ( РТГ , РИТЭГ ) является типом ядерной батареи, который использует массив термопар для преобразования тепла, выделяющийся при распаде подходящего радиоактивного материала в электричество с помощью эффекта Зеебека.Этот тип генератора не имеет движущихся частей.

РИТЭГи использовались в качестве источников энергии в спутниках, космических аппаратах и ​​удаленных объектах без экипажа, таких как серия маяков, построенных Советским Союзом за Полярным кругом. РИТЭГи обычно наиболее желательными средствами их энергии для неуправляемых ситуаций, когда требуется несколько сотен ватт (или меньше) мощности в течение слишком времени для топливных элементов, батарей или генераторов, чтобы обеспечить экономичность, а также в местах, где солнечные элементы нецелесообразны.Безопасное использование РИТЭГов требует удержания радиоизотопов в течение длительного времени после срока службы блока. Стоимость РИТЭГов, как правило, ограничивает их использование нишевыми приложениями в редких или особых ситуациях.

История

Гранулы по 238 Pu O 2 , использованные в РТГ для Кассини и Галилео задач. Эта фотография была сделана после того, как гранула была изолирована графитовым одеялом за несколько минут, а затем удалена.Таблетка раскалена докрасна из-за тепла, выделяемого при радиоактивном распаде (в первую очередь α). Начальная мощность 62 Вт.

РИТЭГ был изобретен в 1954 году учеными Mound Laboratories Кеном Джорданом и Джоном Бирденом. Они были включены в Национальный зал славы изобретателей в 2013 году. Джордан и Бирден работали над контрактом с армейским корпусом связи (R-65-8-998 11-SC-03-91), начиная с 1 января 1957 года, на проведение исследований радиоактивных веществ. материалы и термопары, подходящие для прямого преобразования тепла в электрическую энергию с полония-210 в качестве источника тепла.РИТЭГи были разработаны в США в конце 1950-х годов компанией Mound Laboratories в Майамисбурге, штат Огайо, по контракту с Комиссией по атомной энергии США. Руководил проектом доктор Бертрам С. Бланке.

Первым РИТЭГом, запущенным в космос Соединенными Штатами, был установлен SNAP 3B в 1961 году, работающий на 96 граммах металлической плутонии-238 на борту космического корабля Navy Transit 4A. Одно из первых наземных применений РИТЭГов было в 1966 году ВМС США на необитаемойле Фэрвей на Аляске.РИТЭГи использовались на этом объекте до 1995 года.

Распространенное применение РИТЭГ - источник питания космических аппаратов. Системы вспомогательной ядерной энергии (SNAP) были использованы для зондов, которые работают вдали от Солнца, что делало солнечные батареи, непрактичными. Таким образом, они использовались с Pioneer 10 , Pioneer 11 , Voyager 1 , Voyager 2 , Galileo , Ulysses , Cassini , New Horizons лаборатории и Марси научной.РИТЭГи использовались для питания двух посадочных устройств «Викинг» и для научных экспериментов, оставленных на Луне экипажами Аполлонов с 12 по 17 (SNAP 27). Временная посадка Аполлона-13 на Луну была прервана, его РИТЭГ находится в южной части Тихого океана, в районе желоба Тонга. РИТЭГи также использовались для спутников Nimbus, Transit и LES. Для сравнения: с полноценными ядерными реакторами запущено всего несколько космических аппаратов: советская серия RORSAT и американский SNAP-10A.

Помимо космических кораблей, Советский Союз построил тысячи необитаемых маяков и навигационных маяков, работающих от РИТЭГов.

ВВС США используют РТГ для питания станций дистанционного зондирования для Top-ROCC и SEEK Игло радиолокационных систем расположенных на Аляске.

В прошлом небольшие «плутониевые элементы» (очень маленькие RTG с питанием от 238 Pu) использовались в имплантированных кардиостимуляторах для обеспечения очень длительного «срока службы».По состоянию на 2004 год около девяноста все еще использовались. К концу 2007 года их количество уменьшилось до девяти. Программа Mound Laboratory Cardiac Pacemaker началась 1 июня 1966 года совместно с NUMEC. Когда было признано, что источник тепла не останется нетронутым во время кремации, программа была отменена в 1972 году, потому что не было возможности полностью, что устройства не будут кремированы вместе с телами пользователей.

дизайн

Конструкция РИТЭГа проста по стандартам ядерных технологий: базовый.Термопары размещены в стенках контейнера, причем внешний конец каждой термопары подсоединен к радиатору. При радиоактивном распаде топлива выделяется тепло. Разница температур между топливом и радиатором позволяет термопарам вырабатывать электричество.

Термопара - это термоэлектрическое устройство, которое может преобразовывать тепловую энергию в электрическую, используя Зеебека. Он сделан из двух видов металлов (или полупроводников), которые могут проводить электричество.Они соединены друг с другом в замкнутой контуре, и два перехода имеют разную температуру, в контуре будет течь электрический ток. Обычно большое количество термопар подключаются для создания более высокого напряжения.

Топлива

Критерии выбора изотопов

Радиоактивный материал, использование в РИТЭГах, должен иметь несколько характеристик:

  1. должен быть достаточно долго, чтобы он выделял энергию с постоянной скоростью в течение разумного периода времени.Количество энергии, высвобождаемой за время (мощность) данного количества, обратно пропорционально периоду полураспада. Изотоп с вдвое большим периодом полураспада и такой же энергичный при распаде будет выделять энергию вдвое быстрее на моль. Таким образом, типичные периоды полураспада радиоизотопов, используемые в РИТЭГах, составляют несколько десятилетий, хотя изотопы с болеекими короткими периодами полураспада Приложение для приложений.
  2. Для использования в космических полетах топлива должно быть большое количество энергии в расчете на массу и объем (плотность).Плотность и вес не так важны для наземного использования, если нет ограничений по размеру. Энергия распада может быть вычислена, если энергия радиоактивного излучения или потери массы до и после радиоактивного распада известна. Выделение энергии при распаде пропорционально выработке энергии на моль. Альфа-распад обычно выделяется примерно на десять раз больше энергии, чем бета-распад стронция-90 или цезия-137.
  3. Излучение должно быть такого типа, которое легко поглощается и превращается в тепловое излучение, предпочтительно альфа-излучение.Бета-излучение может испускать обширную гамма / рентгеновское излучение из-за образования вторичного тормозного излучения и требует поэтому сильной защиты. Изотопы не должны огромного количества гамма-, нейтронного излучения или проникающего излучения в целом через другие режимы распада продукты цепи распада.

Первые два критерия ограничивают количество видов топлива менее тридцати атомными изотопами во всей таблице нуклидов.

Плутоний-238, кюрий-244 и стронций-90 являются другими наиболее часто цитируемыми изотопами-кандидатами, изотопами, такими как полоний-210, прометий-147, цезий-137, церий- 144, рутений-106, кобальт-60, кюрий - 242, изотопы америция- 241 и тулия также были изучены.

Материал Экранирование Плотность мощности (Вт / г) Период полураспада (лет)
238 Pu Низкий 0,54 0,54

87,7 87,7

90 Sr Высоко 0,46 0,46

28,8 28,8

210 По Низкий 140 140

0,378 0,378

241 утра Средняя 0,114 0,114

432 432

238 Pu

Плутоний-238 имеет период полураспада 87,7 лет, разумную плотность мощности 0,57 Вт на грамм и исключительно низкие уровни гамма- и нейтронного излучения. 238 Пу имеет самые низкие требования к экранированию. Только изотопа-кандидат соответствует последнему критерию. Для 238 Pu требуется менее 2,5 мм, и во многих случаях в РИТЭГе на 238 Pu экранирование не требуется, так как достаточно самого корпуса. 238 Pu стал наиболее широко используемым топливом для РИТЭГов в виде оксида плутония (IV) (PuO 2 ).Однако оксид плутония (IV), обеспечивает естественное количество кислорода, излучает нейтроны со скоростью ~ 23x10 3 н / с / г плутония-238. Эта скорость эмиссии относительно высока по сравнению со скоростью эмиссии нейтроновского плутония-238. Металл, не примесей легких элементов, выделяет плутоний-238 ~ 2,8х10 3 н / сек / г. Эти нейтроны образуются в результате спонтанного деления плутония-238.

Разница в основных цепях металлов и оксида связана с альфа-нейтронной реакцией с кислородом-18 и кислородом-17, присутствующим в оксиде.Нормальное количество кислорода-18, присутствующего в естественной форме, составляет 0,204%, а количество кислорода-17 - 0,037%. Уменьшение содержания кислорода-17 и кислорода-18 в диоксиде плутония приводит к гораздо более низкой эмиссии нейтронов для оксида; это может быть достигнуто методом газофазного обмена 16 O 2 . Обычные производственные партии из 238 частиц PuO 2, осажденных в виде гидроксида, использовались, чтобы показать, что большие производственные партии могут эффективно применяться на 16 O 2 на рутинной основе.Обжигается при высокой температуре 238 PuO 2 микросферы успешно 16 O 2 - обменены, показывающей, что обмен будет происходить обработки независимо от предыдущей истории тепловой 238 PuO 2 . Это снижение скорости испускания нейтронов PuO 2, пять раз было обнаружено во время исследования кардиостимулятора в лаборатории Mound в 1966 году, отчасти опыту лаборатории Mound для производства стабильных изотопов, начиная с 1960 года.для больших источников тепла без этого необходимая защита была бы недопустимой.

В отличие от трех других изотопов, обсуждаемых в этом разделе, 238 Pu должен быть синтезирован специально, и его не так много в качестве ядерных отходов. В настоящее время только Россия поддерживает высокие объемы производства, в то время как в США в период с 2013 по 2018 год было произведено всего не более 50 г (1,8 унции). Агентства США выразили желание начать производство материала со скоростью От 300 до 400 граммов (от 11 до 14 унций) в год.В среднем 1,5 кг (3,3 фунта) в год.

90 Sr

Стронций-90 использовался Советским Союзом в наземных РИТЭГах. 90 Sr распадается за счет β-излучения с незначительным γ-излучением. Хотя его период полураспада 28,8 года намного короче, чем у 238 Pu, он также имеет более низкую энергию распада с плотностью мощности 0,46 Вт на грамм.Он работает более низких температур, чем 238 Pu, что снижает эффективность РИТЭГа. 90 Sr - это отходы ядерного деления с высоким выходом, которые доступны в больших количествах по низкой цене.

210 По

В некоторых прототипах РИТЭГов, созданных в 1958 году Комиссией по атомной энергии США, использовался полоний-210. Этот изотоп обеспечивает феноменальную плотность мощности (чистый 210 По излучает 140 Вт / г) из-за его высокой скорости распада, но имеет ограниченное использование из-за очень короткого периода полураспада, составляющего 138 дней.Полограмма 210 По достижении температуры более 500 ° C (900 ° F). Po-210 является чистым альфа-излучателем и не излучает значительного гамма- или рентгеновского излучения, требования к экранированию также низкие, как для Pu-238.

241 утра

Америций-241 является потенциальным изотопом-кандидатом с более длительным периодом полураспада, чем 238 Pu: 241 Am имеет период полураспада 432 года и может гипотетически обеспечивать питание устройства в течение столетий.Плотность мощности 241 Am составляет лишь 1/4 от плотности мощности 238 Pu, а 241 Am производит более проникающее излучение через продукты цепи распада, чем 238 Pu, и требует большей защиты. Его требования к экранированию в RTG являются третьими по величине: только 238 Pu и 210 Po требуют меньше. При текущем глобальном дефиците 238 Pu, 241 Am изучается в качестве топлива для РИТЭГов ЕКА, в 2019 году Национальная ядерная лаборатория Великобритании объявила о производстве полезной электроэнергии.Преимущество перед 238 Pu состоит в том, что он произведен как ядерные отходы и почти изотопно чист. Прототип конструкции 241 Am РТГА ожидает 2-2,2 W э / кг для 5-50 Вт электронная РТГ дизайн, вкладывая 241 Am РТГА в паритете с 238 Pu РТГОМ в пределах этого диапазона мощности.

Продолжительность жизни

Советские РИТЭГ с двигателем 90 Sr в аварийном состоянии.

В большинстве РИТЭГов используется 238 Pu, период полураспада которого составляет 87,7 года. Таким образом, у РИТЭГов, использующих этот материал, будет снижаться выходная мощность в 1–0,5 1 / 87,74 раза , или 0,787%, в год.

Одним из примеров является MHW-RTG, используем зондами «Вояджер». В 2000 году, через 23 года после производства, мощность радиоактивного материала внутри РИТЭГа снизилась на 16,6%, что составляет 83,4% от его первоначальной мощности; начиная с мощности 470 Вт, по прошествии этого периода времени она будет иметь мощность всего 392 Вт.Связанная с этим потеря мощности в РИТЭГах "Вояджер" - это ухудшение качества биметаллических термопар, используемое для преобразования тепловой энергии в электрическую. ; РИТЭГи работали на 67% от их общей общей мощности вместо ожидаемых 83,4%. К началу 2001 года мощность РИТЭГов «Вояджер» упала до 315 Вт для « Вояджера-1» и до 319 Вт для « Вояджера-2» .

Многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор

радио НАСА разработано многоцелевой изотопный термоэлектрический генератор, в котором термопары сделаны из скуттерудита, арсенида кобальта (CoAs 3 ), может работать при меньшей разнице температур, чем нынешние конструкции на основе теллура.Это означало бы, что аналогичный РИТЭГ будет генерировать на 25% больше энергии в начале миссии и как минимум на 50% больше через семнадцать лет. НАСА надеется использовать этот дизайн в следующей миссии New Frontiers.

Эффективность

РИТЭГи используют термоэлектрические генераторы для преобразования тепла радиоактивного материала в электричество. Термоэлектрические модули, хотя и очень надежны и долговечны, но очень неэффективны; КПД выше 10% никогда не достиг, а КПД РИТЭГов составляет 3–7%.Термоэлектрические материалы в космических полетах на сегодняшний день включают кремний-германиевые сплавы, теллурид, свинца и теллуриды сурьмы, германия и серебро (ТАГС). Были проведены исследования по повышению эффективности использования других технологий выработки электроэнергии из тепла. Достижение более высокого КПД означало бы, что для выработки того же количества энергии меньше радиоактивного топлива и, следовательно, меньший общий вес генератора. Это критически важный фактор при рассмотрении стоимости запуска космического полета.

Термоэмиссионный преобразователь-устройство преобразования энергии, которое основывается на принципе термоэлектронной эмиссии, можно достичь 10-20%, но требует более высоких температур, чем те эффективности, при которых стандартный РТГЕ работать. В некоторых прототипах РИТЭГов на 210 Какое-то время использовалось термоэлектроника, и использовалось другое радиоактивные изотопы, обеспечивающие возможность использования этого средства, но короткие периоды полураспада делают это невозможным.Несколько ядерных реакторов космического назначения использовались как термоэлектроника, но ядерные реакторы обычно слишком тяжелы для использования на больших космических зондах.

Термофотоэлектрические элементы работают по тем же принципам, что и фотоэлектрические элементы, за исключением того, что они преобразуют инфракрасный свет, излучаемую горячую поверхность, а не видимый свет, в электричество. Термофотоэлектрические элементы имеют КПД немного выше, чем термоэлектрические модули (ТЕМ), и их можно накладывать на себя, само удваивая эффективность.Системы с генераторами радиоизотопов, имитирующие электрические нагреватели, показали эффективность 20%, но еще не испытаны с радиоизотопами. Некоторые теоретические конструкции термофотоэлектрических элементов КПД до 30%, но они еще не созданы или подтверждены. Термофотовольтаические элементы и кремниевые ПЭМ разлагаются быстрее, чем металлические ПЭМ, особенно в ионизирующем излучении.

динамики могут обеспечивать мощность, более чем в четыре раза превышающую эффективность преобразования РИТЭГов.НАСА и Министерство энергетики разрабатывают источник энергии следующего, работающий на радиоизотопном топливе, под названием «Радиоизотопный генератор Стирлинга» (SRG), в котором используются двигатели Стирлинга со свободным поршнем, соединенные с линейными генераторами переменного тока для преобразования тепла в электричество. Прототипы SRG использовали средний КПД 23%. Большего КПД можно достичь температуры за счет увеличения соотношения междуим и холодным концом генератора.Использование бесконтактных движущихся частей, износостойких изгибных подшипников и не требующихся смазок и герметичных смазочных материалов на испытательных испытательных характеристиках за годы эксплуатации. Экспериментальные результаты демонстрируют, что SRG может работать в течение десятилетий без обслуживания. Вибрация может быть устранена путем применения динамической балансировки или использования движения поршня с двумя противоположными направлениями. Возможные применения радиоизотопной энергетической системы Стирлинга, включая исследования и научные миссии в дальний космос, на Марс и Луну.

Повышенная эффективность SRG. Эти расчеты упрощены и не учитывают уменьшение потребляемой мощности из-за длительного периода полураспада радиоизотопов, используемых в этих генераторах. Предположения для этого анализа включают то, что обе системы работают в установившемся режиме в условиях, наблюдаемых в экспериментальных процедурах (см. Таблицу ниже используемых значений). Оба генератора могут быть упрощены до тепловых двигателей, чтобы иметь возможность сравнивать их эффективную эффективность с эффективностью Карно.Предполагается, что система состоит из компонентов, включая источник тепла и радиатора.

Тепловой КПД, обозначенный η th , определен как:

η th знак равно Желаемый результат Обязательный ввод равно W из ′ Q в ′ {\ displaystyle \ eta _ {\ text {th}} = {\ frac {\ text {Желаемый результат}} {\ text {Требуемый ввод} }} = {\ frac {W '_ {\ text {out}}} {Q' _ {\ text {in}}}}}

где штрихи (') обозначают производную по времени.{\ text {sys}} = Q '_ {\ text {in}} + W' _ {\ text {in}} - Q '_ {\ text {out}} - W' _ {\ text {out} } \,}

Предполагаемая, что система работает в установившемся режиме и, W в 'знак равно 0 {\ displaystyle W' _ {\ text {in}} = 0 \,}

W из ′ знак равно Q в ′ - Q из ′ {\ displaystyle W '_ {\ text {out}} = Q' _ {\ text {in}} - Q '_ {\ text {out}} \ , Рассчитано

Тогда η th может быть как 110 Вт / 2000 Вт = 5,5% (или 140 Вт / 500 Вт = 28% для SRG).Кроме эффективности Второго закона, обозначаемая η II , определяется как:

η II знак равно η th η th, rev {\ displaystyle \ eta _ {\ text {II}} = {\ frac {\ eta _ {\ text {th}}} {\ eta _ {\ text {th , rev}}}}}

где η th, rev - КПД Карно, определяемый по формуле:

η th знак равно 1 - Т радиатор Т источник тепла {\ displaystyle \ eta _ {\ text {th}} = 1 - {\ frac {T _ {\ text {теплоотвод}}} {T _ {\ text { источник тепла}}}}}

в которой Т теплоотвод - это внешняя температура (которая измерена как 510 К для MMRTG (многоцелевой RTG) и 363 K для SRG), а источник тепла T - это температура MMRTG , предполагаемая 823 тыс. (1123 тыс. для SRG).Это дает эффективность Второго закона 14,46% для MMRTG (или 41,37% для SRG).

Безопасность

Воровство

Радиоактивные материалы, содержащиеся в РИТЭГах, опасны и даже одни в злонамеренных целях. Они вряд ли пригодятся для настоящего ядерного оружия, но все же могут служить в «грязной бомбе». Советский Союз построил набор необитаемых маяков и навигационные маяки питания от РТГА с использованием стронция-90 ( 90 Sr).Они очень надежны и обеспечивают стабильный источник энергии. Большинство из них не имеют защиты, даже заборов или предупреждающих знаков, а расположение некоторых из этих объектов не имеет места из-за плохого учета. В одном случае радиоактивные отсеки вскрыл вор. В другом случае трое лесорубов в Цаленджихинском районе Грузии появятся два керамических источника тепла с РИТЭГами, у вас снята защита; двое из них позже были госпитализированы с тяжелыми лучевыми ожогами после того, как несли источники на спине.В конечном итоге блоки были обнаружены и изолированы. В России насчитывается около 1000 таких РИТЭГов, все из которых давно превысили проектный срок службы, составляющий десять лет. Большинство из этих РИТЭГов, вероятно, больше не работают, и, возможно, их придется демонтировать. Некоторые из их металлических гильз были обнажены охотниками за металлом, на риск радиоактивного заражения.

Радиоактивное загрязнение

РИТЭГи представляет опасностьактивного загрязнения: если контейнер с топливом протекает, радиоактивный материал может загрязнить радио среду среду.

Что касается космических аппаратов, основная проблема заключается в том, что во время запуска или последующего космического аппарата близко к Земле произойдет авария, вредные вещества могут быть выброшены в атмосферу; поэтому их использование в космических аппаратах и ​​в других местах вызвало споры.

Однако это событие маловероятно при нынешних конструкционных контейнерах с РИТЭГами. Например, в исследовании на глобальной среде зонда Кассини-Гюйгенс, запущенного в 1997 году, оценивалась вероятность аварийного загрязнения на различных этапах воздействия.Вероятность аварии, вызвавшей выброс радиоактивного вещества одного или нескольких из 3 РИТЭГов (или из 129 блоков радиоизотопных нагревателей) в течение первых 3,5 минут после запуска, оценивается в 1 из 1400; шансы на выход на орбиту позже были 1 из 476; после этой вероятности менее выброса резко упала до 1 на миллион. Произошла ошибка, вызванная загрязнением, произошла на этапе запуска (например, космический корабль не смог выйти на орбиту), вероятность заражения фактически вызванного РИТЭГами, оценивалась примерно в 1 из 10.Запуск был успешным, и Кассини –Хюйгенс достиг Сатурна.

свести к минимуму выброса радиоактивного материала, топлива хранится отдельных в модульных блоках с собственной тепловой защитой. Они окружены слоем металлического иридия и заключены в высокопрочные графитовые блоки. Эти два материала устойчивы к коррозии и высокой температуре. Графитовые блоки окружает аэрозольная оболочка, предназначенная для защиты всей сборки от тепла.Плутониевое топливо также хранится в керамической форме, которая является термостойкой, что сводит к минимуму риска испарения и аэрозолизации. Керамика также очень нерастворима.

Плутоний-238 используется в этих РТГ имеет период полураспада в 87,74 лет, в отличие от 24110 года полураспада плутония-239, используемого в ядерном оружии и реакторах. Следующим более короткого периода полураспада является то, что плутоний-238 примерно в 275 раз более радиоактивен, чем плутоний-239 (т.е. 17,3 кюри (640 ГБк) / г по сравнению с 0,063 кюри (2,3 ГБк) / г). Например, 3,6 кг плутония-238 подвергается тому же количеству радиоактивных распадов в секунду, что и 1 тонна плутония-239. Заболеваемость двумя изотопами точки поглощенной радиоактивности почти одинакова, плутоний-238 примерно в 275 токсичнее плутония-239.

Альфа-излучение, испускаемое любым изотопом, не проникает через кожу, но оно может облучать внутренние органы при вдыхании или проглатывании плутония.Особой опасности подвергается скелет, поверхность которой может поглощать изотоп, и печень, где изотоп будет происходить и концентрироваться.

Несчастные случаи

Известно несколько аварий с участием космических аппаратов с РИТЭГами:

  1. Первым был неудачный запуск 21 апреля 1964 года, когда американский навигационный спутник Transit-5BN-3 не смог выйти на орбиту и сгорел при входе в атмосферу к северу от Мадагаскара. Металлическое плутониевое топливо мощностью 17000 Ки (630 ТБк) в его РИТЭГе SNAP- 9a было выброшено в атмосферу над южным полушарием, где оно сгорело, а несколько месяцев спустя в этом районе были обнаружены следы плутония-238.Этот инцидент привел к тому, что Комитет по безопасности НАСА потребовал неповрежденного входа в атмосферу при будущих запусках РИТЭГов, что, в свою очередь, повлияло на конструкцию РИТЭГов в трубопроводе.
  2. Вторым был метеорологический спутник Nimbus B-1, ракета-носитель которого была намеренно уничтожена вскоре после запуска 21 мая 1968 года из-за неустойчивой траектории. Запущенный с базой ВВС Ванденберг, его РИТЭГ SNAP-19, предоставлен относительно инертный диоксид плутония, был извлечен в целости и сохранности с морского дна в проливе Санта-Барбара пять месяцев спустя, и никакого загрязнения окружающей среды обнаружено не было.
  3. В 1969 году не удалось запустить миссию лунохода «Луноход», в результате чего полоний-210 разлетелся по большой территории России.
  4. Провал миссии «Аполлон-13» в апреле 1970 года означал, что лунный модуль вернулся в атмосферу с РИТЭГ и сгорел над Фиджи. На его борту находился РИТЭГ SNAP-27, обеспечивающий 44 500 Ки (1650 ТБк) диоксида плутония в графитовой бочке на опоре посадочного модуля, который пережил возвращение в атмосферу Земли в целости и сохранности, как это было задумано, и траектория была организована таким образом, чтобы он упал.на глубину 6–9 километров в желоб Тонга в Тихом океане. Отсутствие повреждения плутонием-238 в пробах атмосферной и морской воды подтвердило отсутствие предположения о том, что контейнер не поврежден на морском дне. Ожидается, что период будет содержать топливо не менее 10ов полураспада (т.е. 870 лет). Промышленная энергетика, испытания с морской водой и определением, что графитовый кожух, который был спроектирован так, чтобы выдерживать вход в атмосферу.Последующие исследования не выявили увеличения естественного радиационного фона в этом районе. Авария Аполлона-13 представляет собой экстремальный сценарий из-за высоких скоростей входа в атмосферу, возвращающегося из цис-лунного пространства области атмосферного Земли и Луной. Эта авария подтвердила безопасность конструкции РИТЭГов более позднего поколения.
  5. Марс 96 был запущен в России в 1996 году, но не покинул околоземную орбиту и через несколько часов снова вошел в атмосферу.Два РИТЭГа на борту перевозили в общей сложности 200 г плутония, как грузили, пережили возвращение в атмосферу, для чего были предназначены. Считается, что теперь они лежат где-то в овале с северо-востоком на юго-запад длиной 320 км и шириной 80 км, который расположен в 32 км к востоку от Икике, Чили.
SNAP -27 РТГ развернуты астронавтами Аполлон 14 идентична той, потерянной в возвращении в атмосферу из Аполлона 13

Один РИТЭГ, SNAP-19C, был потерян недалеко от вершины горы Нанда Деви в Индии в 1965 году, когда он хранился в скальном образовании недалеко от вершины горы перед лицом снежной бури, прежде чем его можно было установить для питания ЦРУ.дистанционная автоматизированная станция сбора телеметрии с китайского ракетного испытательного комплекса. Семь капсул были унесены лавиной с горы на ледник и так и не восстановились. Скорее всего, они растаяли через ледник и превратились в пыль, в результате чего топливо из сплава плутония-циркония 238 окислило частицы почвы, которые движутся в шлейфе под ледником.

Многие РИТЭГи Бета-М, произведенные Советским Союзом для работы маяков и маяков, стали бесхозными источниками радиации.Упали из этих блоков незаконно разобраны на металлолом (что к полному обнажению источника Sr-90), упали в океан или дефектную защиту из-за плохой конструкции или физического повреждения. Министерство обороны США может вызвать угрозы выразили обеспокоенность тем, что материал, из беты-М РТГА быть террористами для построения грязной бомбы.

Сравнение с реакторами деления

В РИТЭГах и реакторах деления используются очень разные ядерные реакции.

Ядерные энергетические реакторы (в том числе миниатюрные, используемые в космосе) осуществляют управляемое деление ядер в цепной реакции. Скорость реакции можно контролировать с помощью регулирующих стержней, поглощающих нейтроны, поэтому мощность можно оценить по запросу или отключать (почти) полностью для обслуживания. Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать неконтролируемой работы на опасно высоких уровней мощности или взрыва или ядерного расплавления.

Цепные реакции в РИТЭГах не выполняется. Тепло радио создается в результате спонтанного активного распада с нерегулируемой постоянно уменьшающейся скоростью, которая зависит только от количества изотопа топлива и его периода полураспада. В RTG выработка тепла не может изменяться в зависимости от потребности или отключаться, когда она не нужна, и невозможно сэкономить больше энергии на будущее за счет снижения энергопотребления. Следовательно, для удовлетворения потребностей пикового спроса должны потребоваться вспомогательные источники питания (например, аккумуляторные батареи), включая этапы подготовки к запуску и ранние этапы полета космической миссии.Эффектные сбои, такие как ядерный расплав или взрыв, невозможны с РИТЭГом, но все же существует риск радиоактивного заражения, если ракета взорвется или повторно войдет в атмосферу и распадется.

Докритический мультипликатор РИТЭГ

Из-за нехватки плутония-238 был предложен новый вид РИТЭГов с подкритическими реакциями. В этом виде РТГ альфа-распад радиоизотопа также используется в реакциях альфа-нейтронов с подходящим, таким как бериллий.Таким образом создается долгоживущий источник нейтронов. Система работает с критичностью, близкой к 1, но меньше 1, то есть K eff <1, достигается докритическое умножение, увеличивает нейтронный фон и дает мощность от деления. Хотя количество делений, производимых в РИТЭГе, очень мало (что делает их гамма-излучение незначительным), потому что каждая реакция деления выделяется почти в 30 раз больше энергии, чем каждый альфа-распад (200 МэВ по сравнению с 6 МэВ), до 10 % выигрыша в энергии достижимо, что означает сокращение 238 Pu, необходимого на одну миссию.Идея была предложена НАСА в 2012 году для ежегодного конкурса NASA NSPIRE, который в 2013 году был переведен в Национальную лабораторию Айдахо в Центре космических ядерных исследований (CSNR) для изучения осуществимости. Однако основные положения остаются неизменными.

РИТЭГ для межзвездных зондов

РИТЭГ были предложены для использования в реалистичных межзвездных миссиях-предвестниках и межзвездных исследований. Примером этого является предложение NASA «Innovative Interstellar Explorer» (2003 г.- настоящее время). РИТЭГ, использующий 241 Am, был предложен для этого типа миссий в 2002 году. Это могло обеспечить продление миссии до 1000 лет на межзвездном зонде, потому что выходная мощность будет снижаться в долгосрочной перспективе, чем плутоний. Другие изотопы для РИТЭГов также были изучены в ходе исследования с учетом таких характеристик, как ватт / грамм, период полураспада и продукты распада. В предложении межзвездного зонда от 1999 г. предлагалось использовать три усовершенствованных радиоизотопных источника питания (ARPS).

Электричество РИТЭГа можно использовать для питания научных приборов и связи с Землей на зондах. Одна миссия предложила использовать электричество для питания ионных двигателей, назвав этот метод радиоизотопным электрическим движителем (REP).

Электростатические радиоизотопные источники тепла

Предложено повышение мощности радиоизотопных источников тепла на основе самоиндуцированного электростатического поля. По словам авторов, с помощью бета-источников можно достичь улучшения до 10%.

Модели

Типичный РИТЭГ питается от радиоактивного распада и имеет электричество от термоэлектрического преобразования, но для ознакомления сюда включены некоторые системы с некоторыми вариациями этой концепции.

Ядерные энергетические системы в космосе

Известные космические аппараты / ядерные энергетические системы и их судьба. У систем разные судьбы, например, SNAP-27 Apollo остались на Луне. Некоторые другие космические корабли также имеют небольшие радиоизотопные нагреватели, например, каждый из марсоходов Mars Exploration Rover имеет радиоизотопный нагреватель мощностью 1 Вт.В космическом корабле используется разное количество материала, например, MSL Curiosity содержит 4,8 кг диоксида плутония-238, космический корабль Кассини - 32,7 кг.

Имя и модель Используется на (количество РИТЭГов на пользователя) Максимальный выход Радиотехника
изотоп
Максимальный расход топлива
(кг)
Масса (кг) Мощность / масса (электрическая, Вт / кг)
Электрооборудование (Вт) Тепло (Вт)
MMRTG MSL / Марсоход Curiosity и Perseverance / Марс-2020 г.110 г. 2000 г. 238 Pu с. 4 <45 2,4
ГПЗ-РИТЭГ Кассини (3), New Horizons (1), Галилей (2), Улисс (1) 300 4400 238 Pu 7,8 55,9–57,8 5,2–5,4
MHW-RTG ЛЕС-8/9, Вояджер 1 (3), Вояджер 2 (3) 160 2400 238 Pu г.4,5 37,7 4,2
SNAP-3B Транзит-4А (1) 2,7 52,5 238 Pu ? 2,1 1,3
SNAP-9A Транзит 5БН1 / 2 (1) 25 525 238 Pu г. 1 12,3 2,0
SNAP-19 Нимбус-3 (2), Пионер 10 (4) , Пионер 11 (4) 40,3 525 238 Pu г.1 13,6 2,9
модифицированный СНП-19 Викинг 1 (2), Викинг 2 (2) 42,7 525 238 Pu г. 1 15,2 2,8
SNAP-27 Аполлон 12–17 ALSEP (1) 73 1,480 238 Pu 3,8 20 3,65
(реактор деления) Бук (БЭС-5) ** США-США (1) 3000 100 000 высокообогащенный 235 У 30 1000 3.0
(реактор деления) СНАП-10А *** SNAP-10A (1) 600 30 000 высокообогащенный 235 У 431 1,4
ASRG **** разработка прототипа (не запущен), программа Discovery г. 140 (2x70) г. 500 238 Pu 1 34 4.1

** не совсем РИТЭГ, реактор БЭС-5 Бук (БЭС-5) был реактором на быстрых нейтронах, в котором использовались термопары на основе полупроводников для прямого преобразования тепла в электричество.

*** На самом деле это не РИТЭГ, SNAP-10A использовал обогащенное урановое топливо, гидрид циркония в качестве замедлителя, жидкий теплоноситель из натрий-калиевого сплава и был активирован или деактивирован с помощью бериллиевых отражателей. Тепло реактора подавалось в систему термоэлектрического преобразования для производства электроэнергии.

**** не совсем RTG, ASRG использует устройство питания Стирлинга, работающее на радиоизотопе (см. Генератор радиоизотопа Стирлинга)

Наземный

Имя и модель Использовать Максимальный выход Радиоизотоп Максимальный расход топлива
(кг)
Масса (кг)
Электрооборудование (Вт) Тепло (Вт)
Бета-М Устаревшие советские непилотные
маяки и маяки
10 230 90 Sr 0,26 560
Эфир-МА 30 720 ? ? 1250
ИЭУ-1 80 2200 90 Sr ? 2500
ИЭУ-2 14 580 ? ? 600
Гонг 18 315 ? ? 600
Горн 60 1100 ? ? 1050
ИЭУ-2М 20 690 ? ? 600
ИЭУ-1М 120 (180) 2200 (3300) 90 Sr ? 2 (3) × 1050
Сентинел 25 Дистанционные центры мониторинга Арктики в США 9–20 SrTiO 3 0,54 907–1814
Сентинел 100Ф 53 Sr 2 TiO 4 1,77 1234
RIPPLE X Буи, Маяки 33 SrTiO 3 1500

Смотрите также

Рекомендации

Ноты

внешние ссылки

Термоэлектрический радионуклидный генератор "Ангел" (РИТЭГ-238-0,1 / 15)

Разработки

Термоэлектрический радионуклидный генератор "Ангел" (РИТЭГ-238-0,1 / 15)



Предназначен для снабжения электрической энергией научных приборов и аппаратуры малой автономной станции.Создан на основе радионуклида плутоний-238. Разработан для научно-исследовательского космического комплекса «Марс-96». Использование автономных источников энергии затруднено или невозможно

.

Особенности:

  • радиационно безопасен при эксплуатации, складском хранении и транспортировке любым видом транспорта
  • обеспечивает радиационную безопасность в случае возникновения аварий, в том числе самых тяжелых: горение ракетного топлива при пожаре на стартовой позиции; аварийный спуск в плотных слоях атмосферы, сопровождающийся сильным аэродинамическим нагревом, последующим ударом о поверхность Земли или погружением на дно Мирового океана (в том числе на предельно большие глубины, более 11 км)

Основные технические характеристики:

Выходная электрическая мощность, Вт не менее 0,15
Выходное электрическое напряжение, В 15
Мощность эквивалентной дозы на расстоянии 1 м
от поверхности РИТЭГ, Зв / ч (мбэр / ч)
не более 0,55 · 10 (0,55)
Тип электрического тока постоянный
Назначенный срок службы, лет 10
Габаритные размеры, мм Ø85Х125
Масса, кг 0,5

Хранение и транспортировка осуществляются в специально разработанной сертифицированной транспортной упаковке

Поставка в течение 12 месяцев с момента оформления заказа

Астронавт Марк Уотни и РИТЭГ

Сегодня посмотрел фильм Марсианин (трейлер, книга).Но по теме блога меня там заинтересовал один сюжетный поворот. Марк решает задачу обогрева по ночам (на Марсе температура может падать ночами до -80 С). Решил он ее положив себе в кабину что-то очень похоже на радиоизотопный генератор MMRTG , используемый в миссии Curiosity. В свою очередь MMRTG является практически половиной классических американских GPHS-RTG какие использовались на миссиях Galileo, Cassini, New Horizons.Сегодня мы разберемся, насколько опасно класть радиоизотопный генератор в свой ровер.


Как мы видим на картинке выше, с реальными РИТЭГ, которые были поставлены на Кассини обращаются довольно аккуратно - дозиметрия, щиты снижающие облучение персонала в помещении.

Что такое GPHS-RTG ? Это модульный РИТЭГ, использующий теплораспада 238 Pu для превращения его в электроэнергию его на полупроводниковом термоэлектрическом преобразователе.Впрочем, снаружи виден только радиатор, который работает холодным концом преобразователя.

В центре этого устройства установлены 18 квадратных универсальных тепловых датчиков - источников тепла общего назначения, собственно и содержащих плутоний. Они в свою очередь устроены так:

2 таблетки (топливные гранулы) размером с крупный орех из оксида плутония (151 грамм оксида или ~ 116 грамм плутония), покрытые иридиевой оболочкой (о которой мы поговорим дальше) укладываются в цилиндрическую емкость из роботизированного композита, служащей защитой на случай падения такого РИТЭГ на этапе выведения.Две такие емкости, в свою очередь, упаковываются в один призматический блок из графита, который и является GHPS. Вес одного собранного блока 1,43 килограмма, и со свежим радионуклидом он вырабатывает 250 ватт тепла, разогреваясь в генераторе до 1000 С.


Собранный GHPS

Учитывая КПД примерно в 6%, в начале своей жизни GPHS-RTG вырабатывал примерно 300 электрических ватт рассеивающего с радиатора ~ 4400 ватт. Для MMRTG эти цифры 125 и 2000 ватт. Через 14 лет после извлечения плутония из реактора мощность падает примерно на четверть.Самое интересное, что мощность падает не только из-за естественного распада изотопа, но и из-за деградации термопар. Как источник тепла, это устройство более привлекательна - 1,6% тепловой мощности в год.

Что ж, 2 киловатта тепла выглядит обнадеживающими для Марка Уотни, поговорим теперь об опасностях.

238 Pu - Хороший выбор для РИТЭГ. Он распадается в 234 U с испусканием альфа-частиц с энергией ~ 5,5 МэВ. От альфа-частиц легко заэкранироваться - все они затормозятся еще в иридиевой оболочке топливной таблетки (иридий здесь нужен, что бы в любом случае, например, при падочке в тундру, противостоять радиационной коррозии).К сожалению, на пути к абсолютной нерадиоактивности нашего источника тепла стоят три препятствия:


  • Основной рабочий изотоп плутония распадается в U234, который порождает ряд радиоактивных изотопов, которые есть и которых есть и гамма-эммитеры.

  • Плутониевые таблетки содержат другие, не столь дружественные точки радиоактивного излучения изотопы - 236 Pu, 239 Pu, 241 Pu продукты и продукты распада, например, жесткий гамма-излучатель 208 Ta.К сожалению, процесс производства (облучением мишений из другого радиоактивного изотопа - Нептуния 237 в реакторе) всегда сопровождается появлением этих паразитных изотопов. Лучшие образцы 238 Pu установить порядка 17% других изотопов.

  • Наконец, самое интересное. Энергичные альфа-частицы плутония взаимодействуют с кислородом (который содержится в оксиде плутония) и порождают ядерные реакции с ним нейтронное излучение. Часть нейтронного излучения приходит и от самопроизвольного распада плутония (не альфа-распада, а развала на 2 части - как урана в ядерной цепной реакции).

Все вместе дает для GPHS-RTG уровень радиации (или как правильнее это называется - мощность эквивалентной дозы) от 20 до 50 милирентген в час в разных направлениях на расстоянии метра. Этот уровень складывается из нейтронной и гамма радиации, доля последней для реального РИТЭГов не так и велика - 5 ... 10 мр / час.

Для MMRTG, использует Уотни, уровни должны быть более чем в 2 раза - порядка 8..20 мр / час .Причем, чисто теоретически, от нейтронной части можно заэкранироваться сантиметром-другим полиэтилена (лучше борированного). Даже в самом неудачном раскладе, при 20 мр / час , какой-то уровень, который может отразится на здоровье ( 100 рентген ) герой "Марсианина" будет набирать 5000 часов , или порядок 202 сола (марсианских суток) . С годами гамма-излучение от РИТЭГ будет расти, а нейтронное - падать, но эти изменения заметны на десятилетних периодах и не сильно влияют на общий уровень радиоактивности.


Впрочем, моделирование американских ядерщиков полей GPHS-RTG показывает, что контактно РИТЕГ может дать гораздо более опасные уровни в 1 и даже 5 рентген / час

Что ж, если вы попадете в сальную ситуацию - смело грейте салон своего ровера РИТЭГом, только обязательно убедитесь, что он наполнен Pu238 а не злобным бетта-эмиттером Sr90, как в отечественных наземных генераторах :).

П.С. Кстати, фильм вполне себе ничего, хотя для фанатов исходного, информационного содержания технических подробностей, уровень популяризации может быть разочаровывающим.

«Маяк» вывез из Дальневосточного центра по обращению с РАО 36 РИТЭГов

ФГУП «ПО« Маяк »по договору с ГПП« Росатом »взял на себя обязательства по вывозу радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГов), которые с 2004 года находились на хранении на специальном складе« ДальРАО »недалеко от города Фокино. В последних числах октября эшелон с «дальневосточными» РИТЭГами прибыл на «Маяк». По условиям использования в извлеченные радионуклидные источники тепла и радиационные блоки будут размещены на долговременное хранение и захоронение.Работы выполняются в рамках ФЦП «Обеспечение ядерной и радиационной безопасности на 2016-2020 годы и на период до 2030 года» (ФЦП ЯРБ-2).

Как пояснила начальник производственно-технического отдела завода Ольга Горбунова, на первом этапе работ специалисты «Маяка» провели радиационно-физическое обследование РИТЭГов. Это необходимо для разработки мероприятий по работам, обеспечивающих безопасное транспортирование РИТЭГов на «Маяк» автомобильным транспортом и железнодорожным транспортом.

В процессе электромеханической упаковки, в которых находились РИТЭГи оказались непригодными. Были разработаны транспортно-упаковочные комплекты в Вторском отделе завода радио конструктивных изотопов. В управлении закупок - подобраны и закуплены необходимые материалы, а на ПМЗ в кратчайшие сроки изготовлены двадцать девять новых упаковок. РИТЭГи освободили из непригодных к транспортировке упаковок, установили в новые транспортные упаковочные комплекты и погрузил в железнодорожные вагоны.

Сегодня РИТЭГи, которые находились на хранении в «Даль РАО», уже на площадке завода радиоактивных изотопов. Начал следующий этап работ - разборка самого РИТЭГов. Затем последует остекловывание и размещение на долговременное хранение. Весь объём работ в рамках госконтракта должен быть выполнен в 2019 году.

РИТЭГ - радиоизотопный термоэлектрический генератор, источник электроэнергии, использующий тепловую энергию, выделяющуюся при естественном распаде изотопов Sr-90 и преобразующий её в электроэнергию с помощью термоэлектрогенератора.Выходная мощность РИТЭГ небольшая. Срок их службы может составлять от 10 до 30 лет. РИТЭГи применяют в навигационных маяках, метеостанциях, где нет возможности использовать другие источники электропитания.

Источник: Информационная служба ФГУП «ПО« Маяк »

Вернуться к списку новостей

Дальний Восток избавился от радиоактивного наследия СССР

Предприятие Дальневосточного центра по обращению с радиоактивными отходами.Фото: ИА PrimaMedia

Последнюю партию из 36-ти изотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ) вывезли специалисты ФГУП "ПО" Маяк "с предприятия Дальневосточного центра по обращению с радиоактивными отходами, расположенного в районе ЗАТО Фокино. «и Гпорация« Росатом »в марте 2018 года, сообщает ИА PrimaMedia.

Как следует из сообщений, размешенного на официальном сайте ФГУП "ПО" Маяк ", государственный контракт ФГУП" ПО "Маяк" и Госкорпорации "Росатом" был подписан в марте этого года."Маяк" взял на себя обязательства по вывозу РИТЭГов, которые с 2004 года находились на хранении на специальном складе отделения "ДальРАО" недалеко от города Фокино. По условиям договора были размещены транспортировка и размещение извлеченных радионуклидных источников тепла и радиационных блоков на долговременное хранение и захоронение. В последних числах октября эшелон с "дальневосточными" РИТЭГами прибыл на "Маяк".

- Госконтрактом предусмотренных четыре этапа работ, - рассказала начальник производственно-технического отдела завода Ольга Горбунова.- На первом этапе надо было провести радиационно-физическое обследование РИТЭГов. Для этого вместе со мной на место выехали наши специалисты - инженер-конструктор Александр Пухов, инженер-технолог Артем Сунцов, инженер по РБ Роберт Саетхужин, начальник группы транспортировки радиохимического завода Вадим Савинов. Нашими специалистами была выполнена работа по обследованию РИТЭГов, необходимая для разработки мероприятий по организации работ, обеспечивающих безопасное транспортирование РИТЭГов на "Маяк" автомобильным и железнодорожным транспортом.

До транспортирования специалистам "Маяка" предстояла еще одна очень важная работа.

Как рассказал корр. ИА PrimaMedia директор Дальневосточного центра по обращению с радиоактивными отходами (ДВЦ «ДальРАО») (филиала «РосРАО», входящего в устройство госкорпорации Росатом) Константин Сиденко, чтобы транспортировать РИТЭГи к новому месту назначения, нужно было изготовить специальные безопасные упаковки. Что и было сделано на заводе "Маяк". Для работ, связанных с освобождением РИТЭГов из непригодных к транспортировке упаковок, их установкой в ​​новые транспортные упаковочные комплекты и погрузкой в ​​железнодорожные вагоны, на Дальний Восток была откомандирована специальная бригада.

В настоящее время РИТЭГи, которые находились на хранении в "ДальРАО", уже на площадке радиоактивных изотопов завода. Начал следующий этап работ - разборка самого РИТЭГов. Затем последует остекловывание и размещение на долговременное хранение. Весь объем работ, предусмотренный госконтрактом, должен быть выполнен в 2019 году.

- сообщил директор ДВЦ "ДальРАО Константин Сиденко",

- В настоящее время на территории Приморья нет ни одного отработанного РИТЭГа, вызываего утилизации.- Наше предприятие готово к выполнению новых задач в рамках той целенаправленной программы, которую реализует «Росатом» на Дальнем Востоке.

Напомним, ранее, в 2014 году, Росатом завершил вывоз из Приморья отработавшего ядерного топлива ВМФ.

Справка: РИТЭГ - радиоизотопный термоэлектрический генератор, источник электроэнергии, использующий тепловую энергию, выделяющуюся при естественном распаде изотопов Sr-90 и преобразующий ее в электроэнергию с помощью термоэлектрогенератора.Выходная мощность РИТЭГ небольшая. Срок их службы может составлять от 10-ти до 30-ти лет. РИТЭГи применяют в навигационных маяках, метеостанциях, где нет возможности использовать другие источники электропитания.

ССЫЛКИ ПО ТЕМЕ:

Росатом окончательно освободит Дальний Восток от радиоактивного наследия СССР

"ДальРАО": Соблюдаем все нормы по защите экологии и населения Приморья

(PDF) Биоиндикация окружающей среды в районе Дальневосточного центра обращения с радиоактивными отходами

ЭКОЛОГИЯЭНЕРГЕТИКИ

136

- сложный лист с пятью листочками.Все другие

обследованных куртинных экземпляров с отклонением количества листочков

от нормального обнаружено не было. куртине, которая представляет собой потомство одного растения,

выдвинуть обоснованную гипотезу о происхождении данной аномалии (спонтанное

возникло или техногенно "индуцированное невозможно)".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Традиционные методы физико химического мониторинга, который осуществляется

ется путем отбора проб воздуха, воды и почвы и определения содержания в них заг "

рязняющих веществ, не могут дать полных и объективных характеристик состоя"

ния природной среды, поскольку не предназначены для оценки состояния биологического "

ческих объектов и поэтому не могут быть использованы для оценки биологических

последствий техногенного воздействия на представителей природных сообществ.

В условиях техногенного воздействия ситуация, как правило, усугубляется одновре "

менным присутствием в природной среде большого числа загрязнений"

нителей и стресс факторов, установление точных уровней которых трудо "

и экономически целесообразной.

Более того, биологические последствия взаимодействия разных факторов "

го разнообразия природных сообществ и практически невозможно предска"

зать.Охарактеризовать экологическую опасность техногенного воздействия для

экосистем и составляющих их видов мониторинга и мониторинга системы контроля и оценки качественного "

мониторинга окружающей среды возможно, если система экологического и радиационного воздействия

мониторинга дополнить методы биологического [9, 10]. Именно та"

.

кой подход был использован для оценки состояния природной среды в зоне влияния

сысоева.

При оценке флуктуирующей асимметрии значимые различия с контролем были

обнаружены в популяции клевера ползучего, населяющего участка хранилища

ща РИТЭ , где мощность экспозиционной дозы в 50 - 60 больше естествен "

ный радиационный фон.Для изучения природы этой аномалии необходимы дополнительные иссле », для изучения этой аномалии особого вида растений была обнаружена редкая

морфологическая аномалия: вместо обычных для растений сложного листа с

тремя листочками на нескольких побегахены с помощью нескольких побегахены с"

точками ".

дования. У двух других достоверных отличий в уровнях флуктуирующей

асимметрии выявлено не было. Однако следует подчеркнуть, что образцы лапчатки

и фиалки на площадке РИТЭГ собрать не удалось.

Репродуктивные качества, к которым относится фертильность (стериль "

ность) пыльцевых зерен, как правило, являются одними из наиболее чувствитель"

содержащих фертильность состояния природных популяций. Для фиалки вос "

точной обнаружена значимая связь между степенью техногенного

воздействия и стерильностью пыльцы. В то же время репродуктивный потенциал

популяции определяется большим факторами среды обитания.Поэтому

в условиях относительно невысокого антропогенного воздействия, что характерно

для участков О "1 и О" 2, где отбирались пробы пыльцы, решающее влияние могли

другие факторы, например, погодные или почвенные условия, тип экологи "

ческой стратегии вида, биотическое окружение и т.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *