نفذت وكالة ناسا من البلوتونيوم 238

ينتج مفاعل نظائر التدفق العالي في مختبر أوك ريدج الوطني كميات صغيرة من البلوتونيوم 238 لـ ناسا ، مما يثري النبتونيوم 237.

ويهدد إنتاج الوقود النووي البطيء خطط وكالة ناسا لإطلاق مركبة فضائية باستخدام مولدات كهروحرارية. إذا لم يتم حل المشكلة ، فعليك أن تقتصر على الطاقة الشمسية.

الوقود المثالي هو البلوتونيوم 238 (Pu-238). يكفي أربعة كيلوغرامات من الوقود لتزويد السفينة بالطاقة لعقود. أنفقت وكالة ناسا 140 كجم من البلوتونيوم في تاريخها ، بما في ذلك التجارب في إطار برنامج أبولو ، في مهمة غاليليو إلى المشتري ، وإرسال أجهزة بايونير وفوييجر. في الوقت الحالي ، يوفر البلوتونيوم الحرارة والكهرباء لمركبة كيريوسيتي ، ومحطة كاسيني المدارية في زحل ، والمركبة الفضائية نيو هورايزونز المتجهة إلى حزام كويبر.

سيكون البلوتونيوم مفيدًا جدًا في المسابر الروبوتية التي يمكن أن تغرق في أعماق جليد القمر الصناعي في النظام الشمسي ، حيث توجد محيطات مائية تحت الأرض. للطائرات التي ستطير في أجواء الكواكب الأخرى واستكشاف مناطق جديدة. للسفن للسفر على البحيرات والأنهار من الميثان السائل والإيثان على سطح تيتان. للعديد من المهمات الأخرى. لكن البلوتونيوم ينتهي ، وهناك شك في أنه يجب التخلي عن الوقود النووي إذا لم يتم اتخاذ قرار سياسي قوي الإرادة.

في الولايات المتحدة ، توقف إنتاج نظائر البلوتونيوم 238 في عام 1988. وقعت وزارة الطاقة الأمريكية عقدًا لمدة خمس سنوات في عام 1992 لشراء 10 كجم من النظائر من روسيا وإمكانية زيادة الإمدادات إلى ما لا يزيد عن 40 كجم. وكجزء من العقد ، تم إبرام العديد من العقود وتم تمديد الاتفاقية. في عام 2009 ، توقفت عمليات التسليم بسبب إعادة هيكلة الصناعة النووية الروسية ، ووكالة ناسا الآن في وضع صعب ، كما كتبت مجلة Scientific American.

محاولات إدارة الطاقة لتأسيس تخصيب Pu-238 في مختبر أوك ريدج الوطني لا تعطي نتيجة مقبولة: إنتاج نظير النبتونيوم 237 صغير للغاية.

في الوقت الحالي ، تبلغ احتياطيات وكالة ناسا 35 كيلوجرامًا فقط من Pu-238 ، والانحلال الإشعاعي لـ 18 من أصل 35 كيلوجرامًا أضعف من أن يمكن استخدامه في مولدات الكهرباء الحرارية الحالية التابعة لناسا. وفقًا للخبراء ، سيكفي 17 كجم من الوقود لأربعة مولدات فقط ، تم حجز أحدها بالفعل للمركبة كجزء من مهمة مارس 2020.

في عام 2013 ، بعد توقف دام خمسة وعشرين عامًا ، استأنفت وزارة الطاقة الأمريكية إنتاج البلوتونيوم 238 في مختبر أوك ريدج الوطني ، لكن المشروع واجه صعوبات فنية وكان بالفعل متأخرًا عن الجدول الزمني ، لذلك من غير المرجح أن يصل إلى السعة المخططة 1.5 كجم من البلوتونيوم سنويًا 2021 سنة. بدلاً من ذلك ، يتحدث المهندسون عن إنتاج 0.5 كجم سنويًا بحلول عام 2019.

وقد أثيرت المشكلة مرارًا وتكرارًا في الكونجرس ، محاولين جلب معلومات من وكالة ناسا حول الوضع الحالي ، حول كمية البلوتونيوم اللازمة والطرق الممكنة للحصول عليها ، لكن وكالة الفضاء الوطنية لا تزال صامتة. كانت هناك أيضًا محاولة لتمرير قانون استكشاف الفضاء الفعال لتخطيط الدعم المادي لناسا ، لكنه كان أيضًا عالقًا في اللجان البرلمانية.

وبعبارة أخرى ، لا تملك ناسا الآن خطة وفهمًا واضحًا لما يجب القيام به بعد ذلك ، كما كتبت مجلة Scientific American. ينتقد الخبراء المستقلون موقف وكالة ناسا ، التي تدعي عدم الحاجة إلى احتياطيات إضافية من البلوتونيوم. مثل ، والمخزون الحالي يكفي للبعثات المخطط لها. لكن هذا مثال كلاسيكي لدائرة مفرغة. يوجد ما يكفي من المخزون الحالي بسبب التخطيط لعدد قليل من المهام. تم التخطيط لعدد قليل من المهام بسبب نقص البلوتونيوم. إذا كان هناك المزيد من الوقود ، فمن المحتمل أن يتم العثور عليه في مكان استخدامه.

على سبيل المثال ، يحلم العلماء لعدة عقود حتى الآن بإرسال مسبار إلى أوروبا ، قمر المشتري ، حيث يمكن أن توجد الحياة نظريًا تحت الجليد. لكن هذه الخطط تتأخر باستمرار بسبب الحاجة إلى الكثير من البلوتونيوم. لذا ، فإن أحدث مشروع لكوكب المشتري يوروبا المداري يتطلب 17.6 كجم من Pu-238 ، وهو ما يزيد عن مخزونات وكالة ناسا.

وتتفاقم المشكلة بشكل أكبر من حقيقة أنه في عام 2013 تحول الكونجرس والبيت الأبيض إلى وكالة ناسا تكاليف إعادة تشغيل خط إنتاج البلوتونيوم وتشغيل مختبرات الأبحاث. الآن تبلغ هذه التكاليف 50 مليون دولار في السنة. بما أن التكاليف انخفضت على أكتاف وكالة ناسا ، كان من الضروري تقليل التمويل لبعض البرامج العلمية والتقنية ، بما في ذلك برامج لإنشاء أنواع جديدة من المولدات التي يمكن أن تقلل من استهلاك البلوتونيوم. مرة أخرى ، حلقة مفرغة.

يحاول المهندسون حل المشكلة بشكل مختلف. على سبيل المثال ، هناك فكرة لإطلاق إلى أوروبا ليس مسبارًا للبلوتونيوم ، ولكن هناك مركبة مدارية تعمل بالطاقة الشمسية ستقوم بعدد من المناورات الذكية ، تقترب من السطح على مسافة قريبة.

في بعض النواحي ، تتفوق الألواح الشمسية على المولدات الكهروحرارية: فهي تزن أقل ويتم نشرها بالقدرة المطلوبة ، اعتمادًا على احتياجات الجهاز. لذا ، بالنسبة للبعثة إلى أوروبا ، تحتاج إلى الألواح الشمسية بمساحة 50 م ² . سيتم اختبار هذا النوع من البطاريات على جهاز Juno ، الذي سيصل إلى المشتري في يوليو 2016.

في مواجهة نقص البلوتونيوم ، يضطر المهندسون إلى الاعتماد على الطاقة الشمسية وتحسين التكنولوجيا: لزيادة كفاءة الخلايا الشمسية باستخدام المكثفات والمرايا ، لوحات التصميم الجديد.

ولكن بغض النظر عن مدى صعوبة المهندسين ، هناك مثل هذه المهام التي من المستحيل بشكل أساسي توفير الطاقة الشمسية. على أي حال ، إذا فكرت في الأمر ، فإن نفس مركبة Fila المنحدرة ستستمر الآن في العمل على المذنب 67P / Churyumov-Gerasimenko إذا كان لديها مولد كهربائي حراري ، وليس الألواح الشمسية. بشكل عام ، سيتعين على المرء إما التفاوض مع روسيا ، أو اتخاذ قرار سياسي لاستئناف البرنامج النووي ، الذي توقف بعد نهاية الحرب الباردة.

Source: https://habr.com/ru/post/ar384199/