صفحه 1

ژنراتورهای رادیوایزوتوپ مورد استفاده در فضاپیماها معمولاً بر اساس اصل استفاده از انرژی تابشی برای گرم کردن اتصالات گرم ترموکوپل ها کار می کنند که در آن انرژی حرارتی و انرژی الکتریکی تبدیل می شود.

ژنراتورهای رادیوایزوتوپ مدرن بازدهی 3 تا 5 درصد و عمر مفید 3 ماه تا 10 سال دارند. ویژگی های فنی و اقتصادی این ژنراتورها می تواند در آینده به طور قابل توجهی بهبود یابد.

یکی از این ژنراتورها، ژنراتور آزمایشی رادیوایزوتوپ بتا-1 شوروی، به مدت دو سال با موفقیت کار کرد و فرستنده رادیویی ایستگاه هواشناسی نزدیک مسکو در خیمکی را تامین کرد. از سریم 144 به عنوان منبع انرژی استفاده می کرد که در ظروف ضد تشعشع ساخته شده از تنگستن و سرب قرار می گرفت. شدت انرژی آن 440 کیلووات ساعت، توان متوسط ​​5 وات و توان خروجی (با انباشتگی) در هنگام کار فرستنده 150 - 200 وات بود.

آثار پیشنهاد شده است گزینه های مختلفژنراتور رادیوایزوتوپ با سیستم دو مرحله ای برای تبدیل انرژی هسته ای به انرژی الکتریکی که از خانواده باتری های هسته ای فتوولتائیک است. در چنین ژنراتوری، انرژی قطعات شکافت هسته ای در ابتدا از طریق برخی از فرآیندهای فلورسانس تحریک شده با هسته (به عنوان مثال، در مبدل پر از گاز آئروسل) به تابش تبدیل می شود و سپس انرژی فوتون با استفاده از مبدل فتوولتائیک به برق تبدیل می شود. . این روش تبدیل انرژی دارد کل خطمزایای نسبت به موجود برای مثال، برخلاف بسیاری از پرکاربردترین ها روش های سنتی، شامل چرخه حرارتی کم بازده نیست. بنابراین، راندمان کل سیستم می تواند حدود 35٪ باشد که 3 - - 5 برابر بیشتر از راندمان سیستم های با استفاده از چرخه حرارتی و پنل های خورشیدی.  

مهم ترین و گران ترین بخش برنامه توسعه مولد رادیو ایزوتوپ، آزمایش آن است. قابل پیش بینی است خصوصیات عمومیاز یک یا آن عنصر ساختاری، اما برای تعیین واقعی پارامترهای فیزیکییک گره یا سیستم جدید به عنوان یک کل اغلب تنها از طریق آزمایش امکان پذیر است.

طرح یک ژنراتور رادیو ایزوتوپ ترمیونی با یک لوله حرارتی که به طور خودکار جریان گرما و دما را در کاتد مبدل تثبیت می کند.

اما این راه حل مشکل تثبیت است جریان دماو دما در کاتد یک ژنراتور رادیوایزوتوپ ترمیونی تحت شرایط کاهش مداوم در آزادسازی انرژی در کپسول. انرژی حرارتی اضافی تولید شده در سوخت ایزوتوپ در طول دوره اولیه عملیات از قسمتی از لوله حرارتی خارج شده از مبدل ترمیونیک استوانه ای خارج می شود.

اتحاد جماهیر شوروی علاوه بر پیشرفت‌های سازنده و افزایش قدرت نیروگاه‌های مولد ترموالکتریک با راکتورهای هسته‌ای، در حال توسعه طرح‌هایی برای ژنراتورهای رادیوایزوتوپ است. برای تولید جریان الکتریسیتهآنها از گرمای تولید شده در هنگام فروپاشی ایزوتوپ های رادیواکتیو کبالت، کوریم، پلونیوم و غیره استفاده می کنند. آنها ابعاد کلی کوچکی دارند و برای مدت طولانی بدون شارژ مجدد (بسته به نیمه عمر عناصر رادیواکتیو مربوطه) و مقدار آن به طور قابل اعتماد کار می کنند. انرژی تولید شده توسط 1 کیلوگرم وزن مرده، برتر از باتری های الکتروشیمیایی.

اجازه دهید ویژگی های فرمول و حل مسئله (9.18) را برای یک نیروگاه ترکیبی حاوی یک TEG دو مرحله ای و یک PTS دو مداره با یک انژکتور چگالشی و یک توربین تک مرحله ای که سیال کاری آن است در نظر بگیریم. DFS. تامین گرما از مولد رادیوایزوتوپ به TEG و از آن به PTP توسط یک خنک کننده فلزی مایع انجام می شود.

چرا چنین مقادیری از کوریم ایزوتوپ سنگین مورد نیاز است؟ اعتقاد بر این است که کوریم-244 می تواند جایگزین ایلوتونیوم-238 در ژنراتورهای رادیوایزوتوپ برای تحقیقات فضا و اقیانوس شود. ژنراتورهای مبتنی بر 244Csh دوام کمتری نسبت به ژنراتورهای پلوتونیومی دارند، اما آزادسازی انرژی ویژه آنها تقریباً پنج برابر بیشتر است... بنابراین، ژنراتورهای کوریم به سختی به عنوان محرک های قلبی قابل استفاده هستند. اما در دیگر منابع انرژی مستقل، کوریم 244 ممکن است جایگزین پلوتونیوم شود. علاوه بر این، کوریم به اندازه پلوتونیوم سمی نیست. و حداکثر توان مولدهای کوریم (تعیین شده توسط جرم بحرانی) تقریباً 10 برابر بیشتر از ژنراتورهای پلوتونیوم است: به ترتیب 162 و 18 کیلووات.

براساس دستورالعمل AEC، قابلیت‌های بالقوه ژنراتورهای ترموالکتریک مبتنی بر پلونیوم-210، پلوتونیوم-238 و کوریم-244 با توان الکتریکی تا 10 کیلووات در رابطه با تأسیسات فضایی در حال بررسی است. این توان به عنوان حد عملی برای مولدهای رادیوایزوتوپ برای این منظور در نظر گرفته می شود. لازم به ذکر است که KEA در حال توسعه موتورهای موشک با منابع حرارتی ایزوتوپی است. گرمای آزاد شده در طی تجزیه پلونیوم 210 برای گرم کردن هیدروژن مایع استفاده می شود. چنین موتوری می تواند نیروی رانش را تا 0 11 کیلوگرم با یک ضربه خاص 700 - 800 ثانیه ایجاد کند.

این نوع ژنراتور امروزه بیشترین کاربرد را برای تامین انرژی تجهیزات داخل هواپیما و گرمایش فضاپیماها دارد. هواپیما. بر اساس گزارش، از 9 ژنراتور ایزوتوپ رادیویی در مدار ایالات متحده در سال 1992، هشت ژنراتور ترموالکتریک با ایزوتوپ Pu238 به عنوان سوخت بودند. یک ژنراتور ترموالکتریک رادیو ایزوتوپی (RTG) به طور مستقیم انرژی حرارتی را بر اساس اثر Seebeck به انرژی الکتریکی تبدیل می کند.

باید گفت که اخیراً در ایالات متحده توجه زیادی به کارهای مربوط به جستجوی بیشتر شده است راه های موثرتبدیل انرژی حرارتی RIT بر روی پلوتونیوم-238 نسبت به ترموالکتریک اینها عمدتاً شامل کار بر روی ایجاد ژنراتورهای رادیو ایزوتوپ ترموفوتو الکتریک و ژنراتورهای رادیوایزوتوپ AMTEC (تبدیل فلز قلیایی حرارتی به الکتریکی) با استفاده از منابع حرارتی رادیوایزوتوپ مبتنی بر پلوتونیوم-238 است که قبلاً برای RTGها برای اهداف فضایی ساخته شده بود.

در سال 1965، یک همو رادیو ایزوتوپ شوروی در لایپزیگ (GDR) نشان داده شد: رادیاتور Beta-2، که همچنین برق را به ابزارهای یک ایستگاه هواشناسی خودکار می رساند. بتا-2 در نمایشگاه سالگرد لایپزیگ مدال طلا دریافت کرد. در همان سال، ژنراتورهای رادیو ایزوتوپ از نوع متفاوت با توان 5 - 50 وات برای تامین انرژی سیستم های روی برد چندین ماهواره زمین مصنوعی سری Cosmos استفاده شد که پرتاب آن توسط برنامه تحقیقات فضایی ارائه شد. در اتحاد جماهیر شوروی به تصویب رسید.

اما آنها هیچ قطعه متحرکی ندارند و در تمام طول عمر خود که می تواند چندین دهه باشد نیازی به نگهداری ندارند.

یوتیوب دایره المعارفی

1 / 1

مجموعه ای از منابع بتا Sr 90 رها شده از RTG در گرجستان

زیرنویس

کاربرد

RTG ها به عنوان منابع انرژی برای سیستم های خودمختار، دور از منابع برق سنتی و به چندین ده تا صد وات با زمان کار بسیار طولانی، برای سلول های سوختی یا باتری ها بسیار طولانی است.

در فضای

RTG ها منبع اصلی نیرو در فضاپیماهایی هستند که ماموریت طولانی دارند و از خورشید بسیار دور هستند (مثلاً وویجر 2 یا کاسینی-هویگنس) که در آن استفاده از صفحات خورشیدی بی اثر یا غیرممکن است.

چندین کیلوگرم 238 PuO 2 در برخی از ماموریت های آپولو برای تامین انرژی ابزارهای ALSEP استفاده شد. ژنراتور برق SNAP-27 سیستم‌های انرژی هسته‌ای کمکی) که توان حرارتی و الکتریکی آن به ترتیب 1480 وات و 63.5 وات بود، حاوی 3.735 کیلوگرم دی اکسید پلوتونیوم-238 بود.

روی زمین

RTG در چراغ های ناوبری، چراغ های رادیویی، ایستگاه های هواشناسی و تجهیزات مشابه نصب شده در مناطقی که به دلایل فنی یا اقتصادی، امکان استفاده از سایر منابع برق وجود ندارد، استفاده می شد. به ویژه، در اتحاد جماهیر شوروی از آنها به عنوان منابع انرژی برای تجهیزات ناوبری نصب شده در سواحل اقیانوس منجمد شمالی در امتداد مسیر دریای شمالی استفاده می شد. در حال حاضر به دلیل خطر نشت تشعشعات و مواد رادیواکتیو، نصب RTG های بدون نیاز به تعمیر و نگهداری در مکان های غیرقابل دسترس متوقف شده است.

در ایالات متحده، RTG ها نه تنها برای منابع برق مستقر در زمین، بلکه برای شناورهای دریایی و تاسیسات زیر آب نیز مورد استفاده قرار می گرفتند. به عنوان مثال، در سال 1988، اتحاد جماهیر شوروی دو RTG آمریکایی را در نزدیکی کابل های ارتباطی شوروی در دریای اوخوتسک کشف کرد. تعداد دقیق RTG های نصب شده توسط ایالات متحده ناشناخته است؛ برآوردهای سازمان های مستقل از 100-150 نصب در سال 1992 نشان می دهد.

سوخت

مواد رادیواکتیو مورد استفاده در RTG باید دارای مشخصات زیر باشند:

• فعالیت حجمی کافی برای به دست آوردن آزادسازی انرژی قابل توجه در حجم محدودی از تاسیسات. حداقل حجم توسط مقاومت حرارتی و تابشی مواد محدود می‌شود؛ ایزوتوپ‌های ضعیف فعال، کمال جرم انرژی نصب را مختل می‌کنند. این معمولاً به این معنی است که نیمه عمر ایزوتوپ باید به اندازه کافی کوتاه باشد تا نرخ های واپاشی بالا داشته باشد و واپاشی باید مقدار کافی انرژی زیادی تولید کند که به راحتی قابل استفاده است.
• یک دوره به اندازه کافی طولانی از حفظ قدرت برای تکمیل کار. این معمولاً به این معنی است که نیمه عمر ایزوتوپ باید به اندازه کافی طولانی باشد تا نرخ معینی از کاهش آزاد شدن انرژی داشته باشد. نیمه عمر معمول ایزوتوپ های مورد استفاده در RTG ها چندین دهه است، اگرچه ایزوتوپ هایی با نیمه عمر کوتاه می توانند برای کاربردهای تخصصی استفاده شوند.
• نوعی پرتوهای یونیزان مناسب برای استفاده از انرژی. تشعشعات گاما به راحتی از ساختار خارج می شود و انرژی فروپاشی را با خود می برد. نوترون ها نیز می توانند نسبتاً به راحتی فرار کنند. الکترون‌های پرانرژی تولید شده در طی واپاشی β به خوبی حفظ می‌شوند، اما این اشعه‌های ایکس برمسترالانگ تولید می‌کند که بخشی از انرژی را می‌برد. در طی واپاشی α، ذرات α عظیم تشکیل می شوند که به طور موثر انرژی خود را تقریباً در نقطه تشکیل آزاد می کنند.
• نوعی پرتوهای یونیزان که برای محیط زیست و تجهیزات بی خطر است. تشعشعات قابل توجه گاما، اشعه ایکس و نوترون اغلب به اقدامات طراحی خاصی برای محافظت از پرسنل و تجهیزات مجاور نیاز دارند.
• ارزان بودن نسبی ایزوتوپ و سهولت تولید آن در چارچوب فناوری های هسته ای موجود.

پلوتونیوم-238بیشتر در فضاپیماها استفاده می شود. واپاشی α با انرژی 5.5 MeV (یک گرم 0.54 W می دهد). نیمه عمر 88 سال (افت توان 0.78 درصد در سال) با تشکیل ایزوتوپ بسیار پایدار 234 U. پلوتونیوم-238 یک تابش آلفای تقریباً خالص است که آن را به یکی از ایمن‌ترین ایزوتوپ‌های رادیواکتیو با حداقل نیازهای مهار بیولوژیکی تبدیل می‌کند. با این حال، تولید ایزوتوپ نسبتاً خالص 238 نیازمند بهره برداری از راکتورهای ویژه است که باعث گرانی آن می شود.

استرانسیوم-90به طور گسترده در RTG های زمینی تولید شوروی و آمریکا استفاده می شود. یک زنجیره از دو واپاشی β، انرژی کل 2.8 MEV می دهد (یک گرم 0.46 W می دهد). نیمه عمر 29 سال با تشکیل پایدار ⁹⁰ Zr. استرانسیوم-90 از سوخت مصرف شده راکتورهای هسته ای در مقادیر زیاد به دست می آید. ارزانی و فراوانی این ایزوتوپ، کاربرد گسترده آن را در تجهیزات زمینی تعیین می کند. بر خلاف پلوتونیوم، استرانسیم دارای سطوح قابل توجهی از تابش یونیزه کننده بسیار نفوذپذیر است که نیازهای نسبتاً بالایی را برای محافظت بیولوژیکی ایجاد می کند.

مفهومی از RTGهای زیر بحرانی وجود دارد. یک مولد زیر بحرانی از یک منبع نوترون و مواد شکافت پذیر تشکیل شده است. نوترون های منبع توسط اتم های ماده شکافت پذیر گرفته شده و باعث شکافت آنها می شوند. مزیت اصلی چنین ژنراتوری این است که انرژی فروپاشی یک واکنش با جذب نوترون می تواند بسیار بیشتر از انرژی شکافت خود به خودی باشد. به عنوان مثال، برای پلوتونیوم 200 مگا الکترون ولت در مقابل 6 مگا ولت شکافت خودبخودی است. بر این اساس مقدار مورد نیاز ماده بسیار کمتر است. تعداد پوسیدگی ها و فعالیت تشعشعی از نظر انتشار گرما نیز کمتر است. این باعث کاهش وزن و اندازه ژنراتور می شود.

RTG های زمینی در روسیه

در زمان شوروی، 1007 RTG برای استفاده زمینی ساخته شد. تقریباً همه آنها بر اساس ایزوتوپ استرانسیوم-90 (RIT-90) ساخته شده اند. عنصر سوخت یک کپسول بادوام، مهر و موم شده و جوش داده شده حاوی ایزوتوپ است. چندین گونه از RIT-90 با مقادیر مختلف ایزوتوپ تولید شد. RTG مجهز به یک یا چند کپسول RIT، محافظ تشعشع (اغلب بر اساس اورانیوم ضعیف شده)، ژنراتور ترموالکتریک، رادیاتور خنک کننده، محفظه مهر و موم شده و مدارهای الکتریکی بود. انواع RTG های تولید شده در اتحاد جماهیر شوروی:

تایپ کنید	فعالیت اولیه، kCi	توان حرارتی، W	قدرت الکتریکی، W	بهره وری، ٪	وزن (کیلوگرم	سال شروع انتشار
اتر-MA	104	720	30	4,167	1250	1976
IED-1	465	2200	80	3,64	2500	1976
IED-2	100	580	14	2,41	600	1977
بتا-M (انگلیسی)روسی	36	230	10	4,35	560	1978
گونگ	47	315	18	5,714	600	1983
شیپور	185	1100	60	5,455	1050	1983
IEU-2M	116	690	20	2,899	600	1985
سنوستاو	288	1870	-	-	1250	1989
IEU-1M	340	2200	120	5,455	2100	1990

عمر مفید تاسیسات می تواند 10-30 سال باشد، اکثر آنها منقضی شده اند. یک RTG یک خطر بالقوه است زیرا در یک منطقه متروک قرار دارد و می تواند به سرقت رفته و سپس به عنوان یک بمب کثیف استفاده شود. مواردی از برچیدن RTG توسط شکارچیان برای فلزات غیر آهنی ثبت شده است، در حالی که خود سارقان دوز کشنده اشعه دریافت می کردند.

در حال حاضر روند برچیدن و امحای آنها زیر نظر آژانس بین المللی انرژی اتمی و با کمک مالی آمریکا، نروژ و سایر کشورها در حال انجام است. تا آغاز سال 2011، 539 RTG برچیده شد. از سال 2012، 72 RTG در حال بهره برداری هستند، 3 دستگاه از بین رفته اند، 222 دستگاه در انبار هستند، 31 دستگاه در مرحله دفع هستند. چهار تاسیسات در قطب جنوب به بهره برداری رسید.

RTG های جدید برای نیازهای ناوبری دیگر تولید نمی شوند، در عوض نیروگاه های بادی و مبدل های فوتوالکتریک و در برخی موارد ژنراتورهای دیزلی نصب می شوند. این دستگاه ها APS (منبع تغذیه جایگزین) نامیده می شوند. متشکل از یک پنل خورشیدی (یا ژنراتور بادی)، مجموعه ای بدون نیاز به تعمیر و نگهداری باتری هایک چراغ LED (دایره ای یا تاشو)، یک واحد الکترونیکی قابل برنامه ریزی که الگوریتم عملکرد بیکن را تنظیم می کند.

الزامات طراحی RTG

در اتحاد جماهیر شوروی، الزامات RTG توسط GOST 18696-90 "ژنراتورهای ترموالکتریک رادیونوکلئید" ایجاد شد. انواع و رایج الزامات فنی" و GOST 20250-83 "مولدهای رادیونوکلئید ترموالکتریک. قوانین پذیرش و روش های آزمون."

حوادث با RTG در کشورهای مستقل مشترک المنافع

تاریخ	محل
1983، مارس	کیپ نوتوگی، چوکوتکا	آسیب شدید به RTG در راه رسیدن به محل نصب. واقعیت این حادثه توسط کارکنان مخفی و توسط کمیسیون Gosatomnadzor در سال 1997 کشف شد. از سال 2005، این RTG رها شد و در کیپ نوتوگی باقی ماند. از سال 2012، تمام RTG ها از منطقه خودمختار چوکوتکا حذف شدند.
1987	دماغه نیزکی، منطقه ساخالین.	در حین حمل و نقل، هلیکوپتر یک RTG از نوع IEU-1 را که متعلق به وزارت دفاع اتحاد جماهیر شوروی بود به دریای اوخوتسک انداخت. از سال 2013، کار جستجو با وقفه ادامه دارد.
1997	تاجیکستان، دوشنبه	سه RTG منقضی شده توسط افراد ناشناس در یک انبار زغال سنگ در مرکز دوشنبه ذخیره شده و یک پس‌زمینه گاما افزایش یافته در آن نزدیکی ثبت شد.
1997، اوت	کیپ ماریا، منطقه ساخالین.	در حین حمل و نقل، هلیکوپتر یک RTG از نوع IEU-1 را به دریای اوخوتسک انداخت که در عمق 30-25 متری پایین باقی ماند و پس از 10 سال برداشت و برای دفع فرستاد.
1998، جولای	بندر کورساکوف، منطقه ساخالین.	یک دستگاه RTG متعلق به وزارت دفاع روسیه جدا شده در یک نقطه جمع آوری ضایعات فلزی پیدا شد.
1999	منطقه لنینگراد	RTG توسط شکارچیان فلزات غیرآهنی غارت شد. یک عنصر رادیواکتیو (پس‌زمینه - 1000 R/h) در یک ایستگاه اتوبوس در Kingisepp پیدا شد.
2000	دماغه بارانیخا، چوکوتکا	پس زمینه طبیعی نزدیک دستگاه چندین بار به دلیل نقص عملکرد RTG فراتر رفت.
2001، می	خلیج Kandalaksha، منطقه مورمانسک.	3 منبع رادیوایزوتوپ از فانوس های دریایی جزیره به سرقت رفت که کشف و به مسکو فرستاده شد.
2002، فوریه	غرب گرجستان	در منطقه قریه لیا ولسوالی تسالنجیخا ساکنان محلیدو RTG پیدا شد که از آنها به عنوان منبع گرما استفاده کردند و سپس برچیده شدند. در نتیجه چندین نفر دوزهای بالایی از تشعشع دریافت کردند.
2003	O. Nuneangan، Chukotka	مشخص شد که تابش خارجی دستگاه به دلیل نقص در طراحی آن 5 برابر از حد مجاز فراتر رفته است.
2003	O. ورانگل، چوکوتکا	به دلیل فرسایش ساحل، RTG نصب شده در اینجا به دریا افتاد و در آنجا توسط خاک شسته شد. در سال 2011، طوفانی در ساحل رخ داد. محافظ اشعه دستگاه آسیبی ندیده است. در سال 2012، از قلمرو منطقه خودمختار چوکوتکا حذف شد.
2003	کیپ شالاوروف-ایزبا، چوکوتکا	تشعشع پس زمینه در نزدیکی محل نصب به دلیل نقص در طراحی RTG 30 برابر بیشتر بود.
2003، مارس	Pihlisaar، منطقه لنینگراد.	RTG توسط شکارچیان فلزات غیرآهنی غارت شد. عنصر رادیواکتیو بر روی سطح یخ منتشر شد. کپسول داغ با استرانسیوم، پس از ذوب یخ، به پایین فرو رفت؛ پس‌زمینه نزدیک 1000 R/h بود. این کپسول به زودی در 200 متری فانوس دریایی پیدا شد.
2003، اوت	منطقه شمیدتوفسکی، چوکوتکا	بازرسی RTG نوع "بتا-M" شماره 57 را در محل نصب در نزدیکی رودخانه کیوکوین پیدا نکرد. طبق نسخه رسمی، فرض بر این بود که RTG در نتیجه یک طوفان قوی به شن و ماسه شسته شده یا به سرقت رفته است.
2003، سپتامبر	جزیره گولتز، دریای سفید	پرسنل ناوگان شمالی سرقت فلز از یک سپر بیولوژیکی RTG در جزیره گولتز را کشف کردند. درب اتاق فانوس دریایی نیز شکسته شد، جایی که یکی از قدرتمندترین RTG ها با شش عنصر RIT-90 که دزدیده نشده بود، در آن نگهداری می شد.
2003، نوامبر	خلیج کولا، خلیج اولنیا و جزیره گوریاچینسکی جنوبی	دو RTG متعلق به ناوگان شمال توسط شکارچیان فلزات غیرآهنی غارت شد و عناصر RIT-90 آنها در همان نزدیکی پیدا شد.
2004	پریوزرسک، قزاقستان	یک وضعیت اضطراری در نتیجه برچیدن غیرمجاز شش RTG رخ داد.
2004، مارس	ص والنتین، منطقه پریمورسکی	یک RTG متعلق به ناوگان اقیانوس آرام، ظاهراً توسط شکارچیان فلزات غیرآهنی برچیده شده پیدا شد. عنصر رادیواکتیو RIT-90 در همان نزدیکی کشف شد.
جولای، 2004	نوریلسک	سه RTG در قلمرو واحد نظامی کشف شد که میزان دوز در فاصله 1 متری آن 155 برابر بیشتر از پس زمینه طبیعی بود.
جولای، 2004	کیپ ناوارین، چوکوتکا	آسیب مکانیکی به بدنه RTG با منشا ناشناخته، در نتیجه کاهش فشار رخ داد و بخشی از سوخت رادیواکتیو خارج شد. RTG اضطراری در سال 2007 برای دفع برداشته شد، مناطق آسیب دیده از قلمرو مجاور ضد عفونی شدند.
سپتامبر 2004	Land Bunge، یاکوتیا	رهاسازی اضطراری دو RTG منتقل شده از یک هلیکوپتر. در نتیجه برخورد با زمین، یکپارچگی محافظت در برابر تشعشع بدنه ها به خطر افتاد؛ نرخ دوز تابش گاما در نزدیکی محل برخورد 4 mSv/h بود.
2012	O. لیشنی، تیمیر	در محل نصب RTG پروژه گونگ، قطعات آن کشف شد. فرض بر این است که دستگاه به دریا شسته شده است.

همچنین ببینید

یادداشت

1. کنستانتین لانتراتوف.پلوتون نزدیکتر شده است (روسی) // روزنامه کومرسانت: مقاله. - کومرسانت، 2006. - شماره. 3341. - شماره 10
2. الکساندر سرگئیف.کاوشگر به پلوتون: شروعی بی عیب و نقص برای یک سفر عالی (روسی). - Elements.Ru، 2006.
3. تیموشنکو، الکسیفضایی-عصر-- انسان معلوم شد- مورد نیاز نیست (روسی) (لینک غیر قابل دسترس - داستان) . gzt.ru (16 سپتامبر 2010). بازیابی شده در 22 اکتبر 2010. بایگانی شده در 19 آوریل 2010.
4. انرژی علم ناب: جریان از برخورد دهنده (روسی) // وبلاگ فیزیک arXivمکانیک محبوب: مقاله. - 08/12/10.
5. ناسا اولین آزمایش رانندگی مریخ نورد جدید (روسی) را انجام داد. Lenta.ru (26 ژوئیه 2010). بازیابی شده در 8 نوامبر 2010. بایگانی شده در 3 فوریه 2012.
6. آجی کی میسرا.مروری بر برنامه ناسا در توسعه سیستم های قدرت رادیوایزوتوپ با توان ویژه بالا // NASA/JPL: بررسی. - سن دیگو، کالیفرنیا، ژوئن 2006.
7. خدمات جهانی اطلاعات در مورد انرژی. آتش آلاسکا هسته های نیروی هوایی را تهدید می کند.
8. Drits M. E. و همکارانخواص عناصر - فهرست راهنما. - م.: متالورژی، 1985. - 672 ص. - 6500 نسخه.
9. Venkateswara Sarma Mallela، V Ilankumaran، N.Srinivasa Rao.روند در باتری های ضربان ساز قلبی // هندی پیس الکتروفیزیول J: مقاله. - 1 اکتبر 2004. - Iss. 4 . - نه 4 .
10. Plutonium Powered Pacemaker (1974) (انگلیسی) . دانشگاه های وابسته اوک ریج (23 مارس 2009). بازبینی شده در 15 ژانویه 2011.

این اتفاق افتاد که در مجموعه "اتم فضایی صلح آمیز" ما از حالت فوق العاده به سمت گسترده حرکت می کنیم. آخرین باری که ما در مورد راکتورهای قدرت صحبت کردیم، گام بعدی واضح است که در مورد راکتورهای رادیوایزوتوپ صحبت کنیم. ژنراتورهای ترموالکتریک. اخیراً یک پست عالی در Habré در مورد RTG کاوشگر کاسینی منتشر شده است و ما به این موضوع از یک دیدگاه گسترده تر نگاه خواهیم کرد.

فیزیک فرآیند

تولید حرارت

برخلاف راکتور هسته ای که از پدیده واکنش زنجیره ای هسته ای استفاده می کند، ژنراتورهای ایزوتوپ رادیویی از تجزیه طبیعی ایزوتوپ های رادیواکتیو استفاده می کنند. به یاد داشته باشید که اتم ها از پروتون، الکترون و نوترون تشکیل شده اند. بسته به تعداد نوترون ها در هسته یک اتم خاص، می تواند پایدار باشد یا تمایل به واپاشی خود به خودی از خود نشان دهد. به عنوان مثال، اتم کبالت 59 Co با 27 پروتون و 32 نوترون در هسته پایدار است. این کبالت از زمان مصر باستان مورد استفاده بشر بوده است. اما اگر یک نوترون را به 59 Co اضافه کنیم (مثلاً با قرار دادن کبالت "عادی" در یک راکتور هسته ای)، 60 Co به دست می آوریم، یک ایزوتوپ رادیواکتیو با نیمه عمر 5.2 سال. اصطلاح "نیمه عمر" به این معنی است که پس از 5.2 سال، یک اتم با احتمال 50٪ تجزیه می شود و حدود نیمی از صد اتم باقی می ماند. همه عناصر "معمولی" ایزوتوپ های خاص خود را با نیمه عمر متفاوت دارند:

نقشه ایزوتوپ سه بعدی، با تشکر از crustgroup کاربر LJ برای تصویر.

با انتخاب یک ایزوتوپ مناسب، می توان یک RTG با طول عمر مورد نیاز و سایر پارامترها به دست آورد:

ایزوتوپ	روش به دست آوردن	توان ویژه، W/g	توان حجمی، W/cm³	نیمه عمر	انرژی واپاشی ایزوتوپ یکپارچه، کیلووات ساعت در گرم	شکل کار ایزوتوپ
60 Co (کبالت-60)	تابش در راکتور	2,9	~26	5271 سال	193,2	آلیاژ فلزی
238 Pu (plutonium-238)	راکتور اتمی	0,568	6,9	86 ساله	608,7	کاربید پلوتونیوم
90 Sr (استرانسیوم-90)	قطعات شکافت	0,93	0,7	28 سال	162,721	SrO، SrTiO 3
144 Ce (سریم-144)	قطعات شکافت	2,6	12,5	285 روز	57,439	CeO2
242 سانتی متر (کوریوم-242)	راکتور اتمی	121	1169	162 روز	677,8	Cm2O3
147 بعد از ظهر (پرومتیوم-147)	قطعات شکافت	0,37	1,1	2.64 سال	12,34	ساعت 2 و 3 بعد از ظهر
137 Cs (سزیم-137)	قطعات شکافت	0,27	1,27	33 سال	230,24	CsCl
210 پو (پلونیوم-210)	تابش بیسموت	142	1320	138 روز	677,59	آلیاژهای سرب، ایتریوم، طلا
244 سانتی متر (کوریوم-244)	راکتور اتمی	2,8	33,25	18.1 سال	640,6	Cm2O3
232 U (اورانیوم-232)	تابش توریم	8,097	~88,67	68.9 سال	4887,103	دی اکسید اورانیوم، کاربید، نیترید
106 Ru (روتنیوم-106)	قطعات شکافت	29,8	369,818	~ 371.63 روز	9,854	آلیاژ فلزی

این واقعیت که ایزوتوپ ها به طور مستقل تجزیه می شوند به این معنی است که RTG قابل کنترل نیست. پس از بارگیری با سوخت، سال ها گرم می شود و برق تولید می کند و به تدریج تخریب می شود. کاهش مقدار ایزوتوپ شکافت پذیر به این معنی است که فروپاشی هسته ای کمتر، گرمای کمتر و الکتریسیته کمتری وجود خواهد داشت. به علاوه، افت توان الکتریکی با تخریب ژنراتور الکتریکی تشدید خواهد شد.
نسخه ساده شده ای از RTG وجود دارد که در آن از فروپاشی ایزوتوپ فقط برای گرم کردن و بدون تولید برق استفاده می شود. این ماژول واحد گرمایش یا RHG (Radioisotope Heat Generator) نامیده می شود.

تبدیل گرما به برق

همانطور که در مورد یک راکتور هسته ای، خروجی ما گرما است که باید به نحوی به برق تبدیل شود. برای این شما می توانید استفاده کنید:

• مبدل ترموالکتریک. با اتصال دو هادی از مواد مختلف(مثلا کرومل و آلومل) و با گرم کردن یکی از آنها می توانید منبع برق دریافت کنید.
• مبدل ترمیونیک. در این مورد از لوله خلاء استفاده می شود. کاتد آن گرم می شود و الکترون ها انرژی کافی برای "پرش" به آند دریافت می کنند و جریان الکتریکی ایجاد می کنند.
• مبدل ترموفتوولتائیک. در این حالت یک فتوسل که در محدوده مادون قرمز کار می کند به منبع گرما متصل می شود. منبع گرما فوتون ها را ساطع می کند که توسط یک فتوسل گرفته شده و به الکتریسیته تبدیل می شوند.
• مبدل ترموالکتریک فلز قلیایی. در اینجا از الکترولیت ساخته شده از نمک مذاب سدیم و گوگرد برای تبدیل گرما به الکتریسیته استفاده می شود.
• موتور استرلینگ - موتور گرماییبرای تبدیل اختلاف دما به کار مکانیکی. برق از کارهای مکانیکی با استفاده از نوعی ژنراتور به دست می آید.

داستان

اولین منبع انرژی رادیوایزوتوپ تجربی در سال 1913 معرفی شد. اما تنها از نیمه دوم قرن بیستم، با گسترش راکتورهای هسته ای که در آنها ایزوتوپ ها در مقیاس صنعتی تولید می شد، RTG ها شروع به استفاده فعال کردند.

ایالات متحده آمریکا

در ایالات متحده آمریکا، سازمان اسنپ با RTGها سروکار داشت که قبلاً از پست قبلی برای شما آشنا بود.
اسنپ-1.
این یک RTG آزمایشی با استفاده از 144 Ce و یک ژنراتور چرخه Rankine (موتور بخار) با جیوه به عنوان خنک کننده بود. این ژنراتور به مدت 2500 ساعت روی زمین با موفقیت کار کرد، اما به فضا پرواز نکرد.

اسنپ-3.
اولین RTG که با ماهواره های ناوبری Transit 4A و 4B به فضا پرواز کرد. توان انرژی 2 وات، وزن 2 کیلوگرم، پلوتونیوم-238 استفاده شده.

نگهبان
RTG برای ماهواره هواشناسی. توان انرژی 4.5 وات، ایزوتوپ - استرانسیم-90.

اسنپ-7.
خانواده ای از RTG های زمینی برای چراغ های دریایی، شناورهای سبک، ایستگاه های هواشناسی، شناورهای صوتی و موارد مشابه. مدل های بسیار بزرگ وزن از 850 تا 2720 کیلوگرم. قدرت انرژی - ده ها وات. به عنوان مثال، SNAP-7D - 30 وات با وزن 2 تن.

اسنپ-9
سریال RTG برای ماهواره های ناوبری ترانزیت. وزن 12 کیلوگرم، توان الکتریکی 25 وات.

اسنپ-11
RTG آزمایشی برای ایستگاه‌های فرود ماه نقشه‌بردار. پیشنهاد شد که از ایزوتوپ کوریم 242 استفاده شود. توان الکتریکی - 25 وات. استفاده نشده.

اسنپ-19
سریال RTG، مورد استفاده در بسیاری از ماموریت ها - ماهواره های هواشناسی نیمباس، کاوشگرهای پایونیر -10 و -11، ایستگاه های فرود مریخی وایکینگ. ایزوتوپ - پلوتونیوم-238، قدرت انرژی ~40 وات.

SNAP-21 و -23
RTG برای استفاده در زیر آب با استفاده از استرانسیوم-90.

اسنپ-27
RTG برای تامین انرژی تجهیزات علمی برنامه آپولو. 3.8 کیلوگرم پلوتونیوم-238 قدرت انرژی 70 وات داد. تجهیزات علمی قمری در سال 1977 خاموش شد (مردم و تجهیزات روی زمین به پول نیاز داشتند، اما به اندازه کافی وجود نداشت). RTG ها در سال 1977 از 36 تا 60 وات توان الکتریکی تولید کردند.

MHW-RTG
این نام مخفف "چند صد وات RTG" است. 4.5 کیلوگرم پلوتونیوم-238 2400 وات توان حرارتی و 160 وات توان الکتریکی تولید می کرد. این RTG ها بر روی ماهواره های تجربی لینکلن (LES-8,9) نصب شده اند و به مدت 37 سال گرما و برق را برای ویجرها تامین می کنند. از سال 2014، RTG ها حدود 53 درصد از توان اولیه خود را تامین می کنند.

GPHS-RTG
قدرتمندترین RTG های فضایی. 7.8 کیلوگرم پلوتونیوم 238، 4400 وات توان حرارتی و 300 وات توان الکتریکی را تامین می کرد. مورد استفاده در کاوشگر خورشیدی اولیس، کاوشگر گالیله، کاسینی-هویگنس و پرواز به پلوتون در افق های جدید.

MMRTG
RTG برای کنجکاوی. 4 کیلوگرم پلوتونیوم-238، توان حرارتی 2000 وات، توان الکتریکی 100 وات.


مکعب لامپ گرم از پلوتونیوم.

RTG های ایالات متحده با مرجع زمانی.

جدول جمع بندی:

نام	رسانه (تعداد روی دستگاه)	حداکثر قدرت		ایزوتوپ	وزن سوخت، کیلوگرم	وزن کل، کیلوگرم
		الکتریک، دبلیو	حرارتی، W
MMRTG	مریخ نورد MSL/Curiosity	~110	~2000	238 Pu	~4	<45
GPHS-RTG	کاسینی (3)، نیوهورایزنز (1)، گالیله (2)، اولیس (1)	300	4400	238 Pu	7.8	55.9-57.8
MHW-RTG	LES-8/9، Voyager 1 (3)، Voyager 2 (3)	160	2400	238 Pu	~4.5	37.7
SNAP-3B	Transit-4A (1)	2.7	52.5	238 Pu	?	2.1
SNAP-9A	ترانزیت 5BN1/2 (1)	25	525	238 Pu	~1	12.3
اسنپ-19	Nimbus-3 (2)، پایونیر 10 (4)، پایونیر 11 (4)	40.3	525	238 Pu	~1	13.6
اصلاح SNAP-19	وایکینگ 1 (2)، وایکینگ 2 (2)	42.7	525	238 Pu	~1	15.2
اسنپ-27	آپولو 12-17 ALSEP (1)	73	1,480	238 Pu	3.8	20

اتحاد جماهیر شوروی / روسیه

RTGهای فضایی کمی در اتحاد جماهیر شوروی و روسیه وجود داشت. اولین ژنراتور آزمایشی Limon-1 RTG بر اساس پلونیوم-210 بود که در سال 1962 ساخته شد:

.

اولین RTGهای فضایی Orion-1 با توان الکتریکی 20 وات بر روی پلونیوم-210 بودند و بر روی ماهواره های ارتباطی سری Strela-1 - Kosmos-84 و Kosmos-90 پرتاب شدند. واحدهای گرمایش در لونوخودس -1 و -2 و یک RTG در ماموریت Mars-96 نصب شد:

در همان زمان، RTG ها به طور فعال در فانوس های دریایی، شناورهای ناوبری و سایر تجهیزات زمینی - سری BETA، RTG-IEU و بسیاری دیگر مورد استفاده قرار گرفتند.

طرح

تقریباً همه RTG ها از مبدل های ترموالکتریک استفاده می کنند و بنابراین طراحی یکسانی دارند:

چشم انداز

همه RTG های پرنده با راندمان بسیار پایین متمایز می شوند - به عنوان یک قاعده، توان الکتریکی کمتر از 10٪ توان حرارتی است. بنابراین، در آغاز قرن بیست و یکم، ناسا پروژه ASRG - RTG را با موتور استرلینگ راه اندازی کرد. افزایش راندمان به 30 درصد و 140 وات توان الکتریکی با 500 وات توان حرارتی انتظار می‌رفت. متاسفانه این پروژه در سال 2013 به دلیل افزایش هزینه ها متوقف شد. اما، از نظر تئوری، استفاده از مبدل های گرما به برق کارآمدتر می تواند راندمان RTG ها را به طور جدی افزایش دهد.

مزایا و معایب

مزایای:

1. طراحی بسیار ساده.
2. می تواند برای سال ها و دهه ها کار کند و به تدریج تنزل پیدا کند.
3. قابل استفاده همزمان برای تامین برق و گرمایش
4. نیازی به مدیریت و نظارت ندارد.

ایرادات:

1. به ایزوتوپ های کمیاب و گران قیمت به عنوان سوخت نیاز دارد.
2. تولید سوخت دشوار، پرهزینه و کند است.
3. راندمان پایین.
4. قدرت به صدها وات محدود شده است. یک RTG با یک کیلووات توان الکتریکی در حال حاضر توجیه ضعیفی دارد؛ یک مگاوات RTG عملاً بی معنی است: بسیار گران و سنگین خواهد بود.

ترکیب چنین مزایا و معایبی به این معنی است که RTG ها و واحدهای گرمایش جایگاه خود را در انرژی فضایی اشغال کرده و به این کار ادامه خواهند داد. آنها گرمایش ساده و کارآمد فضاپیماهای بین سیاره ای را ممکن می کنند، اما نباید از آنها انتظار پیشرفت انرژی داشت.

منابع

علاوه بر ویکی پدیا، موارد زیر نیز مورد استفاده قرار گرفت:

• مقاله "انرژی هسته ای فضایی: باز کردن افق نهایی".
• موضوع "RTG های داخلی" در "اخبار کیهان نوردی".

برچسب ها:

• RTG
• MKA

افزودن برچسب RTG(ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپ) - منبع برق رادیوایزوتوپی است که از انرژی حرارتی آزاد شده در طی فروپاشی طبیعی ایزوتوپ های رادیواکتیو استفاده می کند و آن را با استفاده از یک ژنراتور ترموالکتریک به الکتریسیته تبدیل می کند.

در مقایسه با راکتورهای هسته ای که از واکنش زنجیره ای استفاده می کنند، RTG ها از نظر طراحی بسیار فشرده تر و ساده تر هستند. توان خروجی RTG ها بسیار کم (تا چند صد وات) با راندمان پایین است. اما آنها هیچ قطعه متحرکی ندارند و در تمام طول عمر خود که می تواند چندین دهه باشد نیازی به نگهداری ندارند.

کاربرد

RTG فضاپیمای نیوهورایزنز

RTGها معمولاً مناسب‌ترین منبع انرژی برای سیستم‌های مستقلی هستند که به ده‌ها تا صدها وات با زمان‌های کار بسیار طولانی، برای سلول‌های سوختی یا باتری‌ها خیلی طولانی نیاز دارند.

در فضای

نمودار RTG مورد استفاده در فضاپیمای کاسینی-هویگنس

RTG ها منبع اصلی نیرو برای ماموریت هایی هستند که ماموریت طولانی دارند و بسیار دور هستند (مثلاً Voyager 2 یا Cassini-Huygens) که در آنها استفاده از پنل های خورشیدی بی اثر یا غیرممکن است.

پلوتونیوم-238 در سال 2006، هنگام پرتاب کاوشگر نیوهورایزنز، استفاده از آن را به عنوان منبع انرژی برای تجهیزات فضاپیماها یافت. ژنراتور رادیو ایزوتوپ حاوی 11 کیلوگرم دی اکسید Pu238 با خلوص بالا بود که به طور متوسط ​​220 وات برق در طول سفر تولید می کرد (240 وات در ابتدای سفر و طبق محاسبات، 200 وات در پایان).