NASAのプルトニウム不足の終わりが見えてくるかもしれません。 3月18日番目、NASAの惑星科学部門の責任者であるジムグリーンは、米国エネルギー省（DOE）によるプルトニウム238（Pu-238）の生産が、現在、本格的な生産の再開に至る試験段階にあると発表しました。
「暦年末までに、エネルギー省から、年間1.5〜2キログラムという要件を満たす方法についての完全な計画ができます。」グリーンは44歳で言った番目 先週の月曜日にテキサス州ウッドランズで開催される月と惑星の科学会議。
このニュースはすぐには出てこない。これまでに差し迫ったプルトニウム不足と、それが将来の深宇宙探査に及ぼす影響について書きました。内部の太陽系を探索する場合、ほとんどの場合、太陽光発電で十分ですが、小惑星帯の外に出て行く場合、それを行うには原子力が必要です。
アイソトープPu-238の生産は冷戦の幸運な結果でした。 1940年にグレンシーボーグによって最初に製造された、プルトニウムの兵器グレードの同位体（-239）は、ネプツニウム（それ自体はウラン238の崩壊生成物）に中性子を衝突させることによって生成されます。高速炉でネプツニウム237と同じターゲットアイソトープを使用すると、Pu-238が得られます。 Pu-238は、武器グレードのPu-239に対して560ワット/ kgで280倍の崩壊熱を生成し、深宇宙探査のためのコンパクトなエネルギー源として理想的です。
1961年以来、26を超える米国の宇宙船がマルチミッションラジオアイソトープ熱電発電機（MMRTG、または以前は単にRTG）を動力源として搭載して打ち上げられ、水星を除くすべての惑星を探索してきました。 RTGは、月面の宇宙飛行士が残したアポロ月面実験パッケージ（ALSEP）の科学ペイロードによって使用され、2015年7月に冥王星を探検する途中のカッシーニ、火星の好奇心、およびニューホライズンは、すべて原子力発電です。
プルトニウムを動力源とするRTGは のみ 私たちが現在使用している技術で、深宇宙探査を実行できます。 NASAのJuno宇宙船は、原子力RTGを使用せずに2016年に初めて木星に到達する予定ですが、そのためには3つの2.7 x 8.9メートルの巨大なソーラーパネルを使用する必要があります。
問題は、冷戦の終結とともに1988年に米国でのプルトニウム生産が停止したことです。プルトニウム238 NASAとDOEがどれだけ備蓄したかは分類されますが、最大で1つの大きな旗艦クラスの任務と、おそらく小さなスカウトクラスの任務に十分対応できると推測されています。さらに、兵器グレードのプルトニウム239が製造されると、目的のPu-238同位体を再処理する必要がありません。現在火星の表面全体で好奇心を動かしているプルトニウムはロシア人から購入され、その供給元は2010年に終了しました。ニューホライズンズには、1999年に打ち上げられたカッシーニ用に構築されたスペアMMRTGが装備されています。
追加のボーナスとして、プルトニウムを動力とするミッションもしばしば期待を超えています。たとえば、Voyager 1と2の宇宙船の本来の任務期間は5年で、現在は50年間の運用が続くと予想されています。火星の好奇心は、精神と機会を苦しめ、火星の長い冬の間動作することができる「ほこりっぽい太陽電池パネル」の問題に悩まされることはありません。ちなみに、スピリットローバーとオポチュニティローバーは原子力発電ではありませんでしたが、 した 彼らの分光計で中性子源を提供するために放射性キュリウムと同様に暖かく滞在するために彼らの関節に酸化プルトニウムの小さなペレットを採用しています。エイリアンの知能が太陽系から脱出する5つの宇宙船（Pioneer 10＆11、Voyager 1＆2、およびNew Horizons）に遭遇した場合でも、プルトニウム電源の減衰を測定することにより、地球からの離脱を推定できる可能性があります。 （Pu-238の半減期は87.7年であり、長い系列の娘同位体から鉛206に移行した後、最終的には崩壊します）。
現在のPu-238の生産は、オークリッジ国立研究所（ORNL）で高フラックスアイソトープリアクター（HFIR）を使用して行われます。 「古い」Pu-238は、それに新しく製造されたPu-238を追加することによって復活させることもできます。
「1キログラムごとに、実際に2キログラムの古いプルトニウムを混合することで復活させます...必要なエネルギー密度で既存の供給を利用できるようにすることは、プロセスの重要な部分です」とグリーンは最近の火星探査計画に語りました委員会。
それでも、年間1.5キログラムの完全な目標生産は、少しの休暇になるかもしれません。コンテキストとして、火星探査車の好奇心は4.8キロのPu-238を利用し、ニューホライズンには11キロが含まれています。 2011年11月の好奇心の打ち上げ以来、外惑星へのミッションは地球を去っていません。RTGをスポーツする可能性が高い次のミッションは、提案された火星2020ローバーです。タイタンレイクランダーやジュピターアイシームーンミッションなどのアイデアは、すべて原子力発電です。
新しいプルトニウムの生産に加えて、NASAは、2016年までに利用可能なAdvanced Stirling Radioisotope Generators（ASRGs）と呼ばれる2つの新しいRTGを計画しています。より効率的ですが、ASRGは、 常に 選択したデバイスになります。たとえば、CuriosityはそのMMRTG廃熱を使用して、フロン循環によって器具を暖かく保ちます。好奇心はまた、火星に向かう途中のそのエアロシェルに閉じ込められている間、110ワットの発電機によって生成された廃熱を排出しなければなりませんでした。
そしてもちろん、核ペイロードの発射に伴う追加の予防策があります。アメリカ合衆国の大統領はフロリダ宇宙海岸からの好奇心の打ち上げを承認しなければなりませんでした。カッシーニ、ニューホライズン、および好奇心の発足は、核に関連するものと同様に、抗議者の散乱を引き起こしました。石炭火力発電所が放射性ポロニウム、ラドン、トリウムを望ましくない副産物として毎日生成することを気にしないでください。
これらの打ち上げには、リスクを軽減および管理できるものの、危険がないわけではありません。最も有名な宇宙関連の原子力事故の1つは、1964年の打ち上げ直後に、RTG搭載のTransit-5BN-3衛星がマダガスカル沿岸から失われたことで、米国の宇宙計画の早い段階で発生しました。アポロ13号が打ち切られたとき地球に戻ると、宇宙飛行士は 水瓶座 着陸モジュールとその原子力科学実験は、フィジー島近くの太平洋の月面を対象としています。 （彼らはあなたに言わない それ 映画の中で）将来の宇宙ミッションのために海底からこのRTGを「復活」させることは費用効果が高いかどうか疑問に思います。ニューホライゾンズなどの以前の核装備された打ち上げでは、NASAは「プルトニウムを放出する可能性のある打ち上げ事故」の可能性を350対1で設定しました。水で。
しかし、そのリスクは、新しい太陽系の発見という点で、得る価値があります。宇宙探査の勇敢で新しい未来において、平和的な目的のためのプルトニウム生産の再開は私たちに希望を与えます。カールセーガンを言い換えると、宇宙旅行は私たちが考えることができる核分裂の最良の用途の1つです！
