La fine della carenza di plutonio della NASA potrebbe essere in vista. Lunedì 18 marzoesimo, Jim Green, capo della divisione scientifica planetaria della NASA, ha annunciato che la produzione di Plutonio-238 (Pu-238) da parte del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) è attualmente in fase di test che porta al riavvio della produzione su vasta scala.
"Entro la fine dell'anno solare, avremo un piano completo dal Dipartimento dell'Energia su come saranno in grado di soddisfare il nostro fabbisogno da 1,5 a 2 chilogrammi all'anno". Green ha detto al 44esimo Lunedì scorso si è tenuta a Woodlands, in Texas, la Conferenza sulla scienza lunare e planetaria.
Questa notizia non arriva troppo presto. Abbiamo già scritto sull'imminente carenza di plutonio e sulle conseguenze che avrà per la futura esplorazione dello spazio profondo. L'energia solare è adeguata nella maggior parte dei casi quando esplori il sistema solare interno, ma quando ti avventuri oltre la fascia di asteroidi, hai bisogno dell'energia nucleare per farlo.
La produzione dell'isotopo Pu-238 fu una fortunata conseguenza della guerra fredda. Prodotto per la prima volta da Glen Seaborg nel 1940, l'isotopo del plutonio per armi (-239) viene prodotto attraverso il bombardamento del nettunio (che a sua volta è un prodotto di decomposizione dell'uranio-238) con neutroni. Usa lo stesso isotopo bersaglio di Neptunium-237 in un reattore veloce e Pu-238 è il risultato. Pu-238 produce 280 volte il calore in decomposizione a 560 watt per chilogrammo rispetto al grado di armi Pu-239 ed è ideale come fonte compatta di energia per l'esplorazione dello spazio profondo.
Dal 1961, oltre 26 veicoli spaziali statunitensi sono stati lanciati con generatori termoelettrici radioisotopici multi-missione (MMRTG, o precedentemente semplicemente RTG) come fonti di energia e hanno esplorato ogni pianeta tranne Mercurio. Gli RTG sono stati utilizzati dai payload scientifici di Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) lasciati dagli astronauti sulla Luna e Cassini, Mars Curiosity e New Horizons in rotta per esplorare Plutone nel luglio 2015 sono tutti a propulsione nucleare.
RTG alimentati a plutonio sono i solo tecnologia attualmente in uso in grado di eseguire esplorazioni nello spazio profondo. Il veicolo spaziale Juno della NASA sarà il primo a raggiungere Giove nel 2016 senza l'uso di un RTG a propulsione nucleare, ma per farlo dovrà impiegare 3 enormi pannelli solari da 2,7 x 8,9 metri.
Il problema è che la produzione di plutonio negli Stati Uniti è cessata nel 1988 con la fine della guerra fredda. Quanto è stata immagazzinata la NASA e il DOE di Plutonio-238 è classificato, ma è stato ipotizzato che abbia al massimo abbastanza per una missione di classe più grande della nave bandiera e forse una piccola missione di classe scout. Inoltre, una volta fabbricato il plutonio-239 di qualità per armi, non è possibile rielaborare l'isotopo Pu-238 desiderato. Il plutonio che attualmente alimenta la curiosità su tutta la superficie di Marte è stato acquistato dai russi e quella fonte è terminata nel 2010. New Horizons è dotata di un MMRTG di riserva che è stato costruito per Cassini, lanciato nel 1999.
Come bonus aggiuntivo, le missioni alimentate con plutonio spesso superano anche le aspettative. Ad esempio, l'astronave Voyager 1 e 2 aveva una durata originale della missione di cinque anni e ora si prevede che continuerà bene nel quinto decennio di attività. La curiosità di Marte non soffre dei problemi dei "pannelli solari polverosi" che affliggevano lo Spirito e le Opportunità e possono operare durante il lungo inverno marziano. Per inciso, mentre i rover Spirit e Opportunity non erano a propulsione nucleare, loro fatto impiegare minuscole palline di ossido di plutonio nelle loro articolazioni per stare al caldo, così come il curio radioattivo per fornire fonti di neutroni nei loro spettrometri. È anche del tutto possibile che un'intelligenza aliena inciampa sui cinque veicoli spaziali che fuggono dal nostro sistema solare (Pioneer 10 & 11, Voyagers 1 & 2 e New Horizons) potrebbero concepibilmente datare la loro partenza dalla Terra misurando il decadimento della loro fonte di energia al plutonio. (Pu-238 ha un'emivita di 87,7 anni e alla fine decade dopo essere passato attraverso una lunga serie di isotopi figlia in piombo-206).
L'attuale ciclo di produzione di Pu-238 sarà effettuato presso il Oak Ridge National Laboratory (ORNL) utilizzando il suo reattore di isotopi ad alto flusso (HFIR). Il "Vecchio" Pu-238 può anche essere rianimato aggiungendo Pu-238 di nuova fabbricazione.
"Per ogni chilogrammo, facciamo davvero rivivere due chilogrammi del vecchio plutonio mescolandolo ... è una parte fondamentale del nostro processo essere in grado di utilizzare il nostro approvvigionamento esistente alla densità di energia che lo vogliamo", ha detto Green a un recente piano di esplorazione di Marte Comitato.
Tuttavia, la produzione target completa di 1,5 kg all'anno potrebbe essere un po 'di tempo libero. Per il contesto, il rover Mars Curiosity utilizza 4,8 chilogrammi di Pu-238 e New Horizons contiene 11 chilogrammi. Nessuna missione sui pianeti esterni ha lasciato la Terra dal lancio di Curiosity nel novembre 2011 e la prossima missione che probabilmente sfoggerà un RTG è il rover proposto per Mars 2020. Le idee sul tavolo da disegno come un lander del lago Titan e una missione di Giove ghiacciate sarebbero state tutte alimentate a energia nucleare.
Insieme alla nuova produzione di plutonio, la NASA prevede di avere due nuovi RTG chiamati Advanced Stirling Radioisotope Generators (ASRG) entro il 2016. Sebbene più efficiente, l'ASRG potrebbe non sempre essere il dispositivo preferito. Ad esempio, Curiosity utilizza il suo calore residuo MMRTG per mantenere caldi gli strumenti attraverso la circolazione di Freon. La curiosità ha anche dovuto sfogare il calore disperso prodotto dal generatore da 110 watt mentre era rinchiuso nel suo guscio aerodinamico in rotta verso Marte.
E, naturalmente, ci sono le precauzioni aggiuntive che derivano dal lancio di un carico utile nucleare. Il presidente degli Stati Uniti ha dovuto firmare il lancio di Curiosity dalla Florida Space Coast. Il lancio di Cassini, New Horizons e Curiosity ha attirato una manciata di manifestanti, così come qualsiasi cosa legata al nucleare. Non importa che le centrali elettriche a carbone producano polonio radioattivo, radon e torio come sottoprodotto indesiderato quotidiano.
Detti lanci non sono privi di pericoli, sebbene con rischi che possono essere mitigati e gestiti. Uno dei più noti incidenti nucleari legati allo spazio si è verificato all'inizio del programma spaziale americano con la perdita di un satellite Transit-5BN-3 equipaggiato con RTG al largo della costa del Madagascar poco dopo il lancio nel 1964. E quando Apollo 13 dovette interrompere e ritorno sulla Terra, gli astronauti furono diretti a abbandonare il Acquario Il modulo di atterraggio, insieme ai suoi esperimenti scientifici a propulsione nucleare, ha significato la superficie della Luna nell'Oceano Pacifico vicino all'isola delle Figi. (Non te lo dicono quello nel film) Ci si chiede se sarebbe conveniente “resuscitare” questo RTG dal fondo dell'oceano per una futura missione spaziale. Sui precedenti lanci equipaggiati con il nucleare come New Horizons, la NASA ha dato la possibilità di un "incidente di lancio che potrebbe rilasciare il plutonio" a 350 a 1 contro Anche allora, l'RTG schermato è "ingegnerizzato" per sopravvivere a un'esplosione e un impatto con l'acqua.
Ma i rischi valgono il guadagno in termini di scoperte di nuovi sistemi solari. In un nuovo coraggioso futuro dell'esplorazione spaziale, il riavvio della produzione di plutonio a scopi pacifici ci dà speranza. Per parafrasare Carl Sagan, il viaggio nello spazio è uno dei migliori usi della fissione nucleare a cui possiamo pensare!
