RTG zastosowanyw sondach Voyager
Radioizotopowy prądnica termoelektryczny albo Radioizotopowa ogniwo termoelektryczna (ang. Radioisotope thermoelectric generator, RTG) – prądnica prądu elektrycznego, w którym źródłem energii jest gnicie izotopu promieniotwórczego, a wydzielone w ów wyjście miło zamieniane jest na energię elektryczną. Baterie tego typu są używane głównie w charakterze źródła zasilania w satelitach i nienadzorowanych urządzeniach pracujących zdalnie (boje, latarnie morskie itp.).
Spis treści
//
Kanon działania
Materiał promieniotwórczy (etylina) jest umiejscowiony w pojemniku do którego wtajemniczony jest jedno zacisk termopary. Drugie sprzęg termopary wprowadzone jest do czynnika chłodzącego (np. przyłączony do radiatora). Gnicie promieniotwórczy uwalnia energię, która w wyniku zderzeń zmienia się w energię termiczną ogrzewającą jeden schyłek termopary. Wariancja temperatur między złączami, w wyniku konsekwencja Seebecka, wywołuje siłę elektromotoryczną i przepływ prądu. Większe różnice temperatur powodują wytworzenie większej mocy.
Generatora nie trzeba zwodzić z baterią jądrową mającą odmienne funkcjonowanie, nie bacząc na że werwa w obu pochodzi z rozpadów promieniotwórczych.
Paliwo
Materiał promieniotwórczy z drugiej ręki w generatorze musi dokonywać parę warunków:
- Postępujący upadek promieniotwórczy paliwa zmniejsza wolumen paliwa powodując zmniejszanie ilości wydzielanego ciepła. Z tej przyczyny okres połowicznego rozpadu musi być na tak wiele długi, żeby nasilenie generatora nie malała żwawo razem z upływem czasu. Równolegle nie prawdopodobnie być za długi, bo wielkość rozpadów w jednostce czasu będzie mała.
- Do zastosowań kosmicznych benzyna musi być wydajne w stosunku do swojej masy i objętości.
- Paliwo nie powinno wyrzucać promieniowania o wysokiej przenikliwości wymagających dodatkowych osłon (ekranów ochronnych) podczas gdy blask gamma azali promienie X. Odblask β jest również niekorzystne, bo przypuszczalnie rodzić emisję promieniowania gamma na skroś skrzenie hamowania. W tym przypadku, optymalnymi są izotopy emitujące cząstki α.
- Produkty rozpadu są dodatkowo często promieniotwórcze i powinny dopełniać wszystkie powyższe założenia.
Wszystkie te zacięcie ograniczają liczbę potencjalnych izotopów do 30. Przeważnie są stosowane 238Pu, 244Cm i 90Sr. Nie mówiąc o tym używane są 210Po, 147Pm, 137Cs, 144Ce, 106Ru, 60Co, 242Cm natomiast izotopy Tulu. Z wymienionych pluton-238 ma najdłuższy epoka rozpadu (87,7 lat), względnie wysoką zdolność produkcyjna i najniższe wymagania co do osłon. Właśnie trzy izotopy spełniają kanon niskiej radiacji beta i gamma, potrzebują osłon ołowiowych grubości kilku cm. Pluton-238 wymaga osłony grubości jeno kilku mm albo wystarczająco (starczy po prostu zasłona całej baterii).
Z tych powodów pluton jest zwykle używanym izotopem w baterii. W instalacjach naziemnych Podobieństwo Sowiecki używał strontu-90, kto ma krótszy okres rozpadu (29 lat), niższą zdolność produkcyjna i emituje świecenie gamma, atoli jest mrowie tańszy. Z drugiej ręki w pierwszych konstrukcjach polon-210 posiada ogromną zdolność produkcyjna (140 W ciepła/g), atoli ma nadzwyczaj krótki okres rozpadu (139 dni) i emituje błysk gamma.
Izotop 241Am był również badany. Jego chronos rozpadu wynosi 432 lata, w takim razie teoretycznie być może zasilać baterię przez setki lat. Niemniej jednak jego zdolność produkcyjna to dookoła 1/4 wydajności plutonu-238, a abstrahując od tym emituje więcej promieniowania gamma. Poniżej względem wymagań ekranowania (potrzebuje ekranów ołowianych grubości dookoła 2 cm) stawia go to na drugim miejscu po plutonie-238.
RTG w sondzie Cassini-Huygens
Użycie
Stany Zjednoczone użyły po cios największej rangi RTG w satelicie nawigacyjnym Transit 4A w 1961 roku.
RTG są używane przede wszystkim na statkach kosmicznych, przede wszystkim tych, które podróżują na tak duża liczba wielce od Słońca, że baterie słoneczne nie spełniają swego zadania. Z tej przyczyny zostały użyte w sondach Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2, Galileo, Ulysses, Cassini-Huygens, New Horizons, Viking i misjach Oprogramowanie Apollo 12-17.
Związek Sowiecki wyprodukował dodatkowo bez liku bezzałogowych latarni morskich i boi nawigacyjnych zasilanych tego typu bateriami.
Miniaturowe wersje baterii były również stosowane w rozrusznikach serca.
Epoka życia
Najbardziej znany 238Pu ma okres rozpadu 87,7 lat. Z tej przyczyny ogniwo używająca tego izotopu traci wokół 1-0,51/87,7 = 0,787% mocy na dwanaście miesięcy. 23 lata po wyprodukowaniu taka ogniwo będzie miała 0,523/87,7 = 0,834 początkowej mocy. Racja w takim przypadku miara 470 W po 23 latach osłabnie do 0,834 * 470 W = 392 W. W dodatku, w miarę upływu czasu, termopary oraz się degenerują. Na początku 2001 roku nasilenie produkowana przez RTG w sondzie Voyager 1 spadła do 315 W, a w Voyager 2 do 319 W. Oznacza to, że biegłość termopar spadła do 80% początkowego poziomu.
Zagrożenia
Należy dostrzec, że w RTG nie występują reakcje łańcuchowe (kiedy w reaktorach jądrowych), wobec tego nie ma potencjał ani wybuchu, ani stopienia paliwa. W niektórych typach baterii nie występuje poniekąd separacja worek mosznowy. Tym samym benzyna jest zużywane w żółwim tempie i jest produkowane mnogość mniej energii.
Nie oznacza to, że baterie są zgoła bezpieczne. Zawżdy istnieje okazja skażenia radioaktywnego w przypadku rozszczelnienia pojemnika paliwa. Kwestia jest zwłaszcza główny w przypadku wynoszenia na orbitę pojazdów kosmicznych zawierających takie baterie.
Znane jest pięć wypadków związanych z użyciem RTG. Pierwsze danie para związane są z nieudanymi próbami wystrzelenia amerykańskich satelitów Transit i Nimbus. Para następne to nieudane radzieckie misje Przestrzeń kosmiczna (pojazdy księżycowe miały energia RTG). Na ostatek poselstwo Apollo 13, w której władza nadmiernie eksploatujący spłonął w atmosferze ponad Fidżi. Sama ogniwo niemniej jednak ocalała i wpadła do Pacyfiku obwód Tonga. Późniejsze badania nie stwierdziły acz zwiększonej radioaktywności w tym regionie.
W celu minimalizacji zagrożeń benzyna jest przechowywane w mniejszych, ceramicznych kapsułach co uniemożliwia jego odparowywanie. Kompleks otoczona jest irydem i blokami grafitu. Wszystkie te materiały są odporne na korozję i ciepło.
Problem z urządzeniami naziemnymi jest spętany przede wszystkim z radzieckimi bojami nawigacyjnymi i latarniami morskimi. Niedostatek nadzoru powodował wycieki paliwa i kradzieże części. W dodatku niektóre z tych obiektów z trudem wyszperać z powodu braku albo utraty informacji dotyczących ich położenia.
Stosowanie baterii w rozrusznikach serca stwarza pewne niebezpieczeństwo w przypadku kremacji po śmierci właściciela bez wcześniejszego usunięcia baterii z ciała. Tym samym również obecne rozruszniki są zasilane bateriami wykonanymi w innych technologiach.
Jeśli chodzi o ewentualne skutki kradzieży plutonu-238, to nie nadaje się on do stworzenia bomby atomowej, bo zachodzą w przed samorzutne reakcje rozszczepienia, co być może sprawić insurekcja reakcji łańcuchowej za wcześnie w procesie wybuchu (co spowoduje stopienie plutonu i rozerwanie procesu). Na dodatek jest to tworzywo ognisty i promieniotwórczy co w znacznym stopniu utrudnia z poprzednio prace. Tym samym jest zużyty na rzecz ewentualnych terrorystów.
Zobacz też
- Bateria jądrowa
- Satelity RORSAT
Linki zewnętrzne
- Informacje o RTG w sondach Cassini
- Raport jeśli chodzi o radzieckich obiektów zasilanych RTG
