Puslapis 1

Erdvėlaiviuose naudojami radioizotopų generatoriai dažniausiai veikia radiacijos energijos panaudojimo principu, šildant karštąsias termoporų sandūras, kuriose paverčiama šiluminė ir elektros energija.  

Šiuolaikinių radioizotopų generatorių efektyvumas yra 3 - 5%, o tarnavimo laikas nuo 3 mėnesių iki 10 metų. Ateityje šių generatorių techninės ir ekonominės charakteristikos gali būti gerokai patobulintos.  

Vienas iš šių generatorių – sovietinis eksperimentinis radioizotopų generatorius Beta-1 – sėkmingai veikė dvejus metus, maitindamas meteorologijos stoties, esančios netoli Maskvos, Chimkuose, radijo siųstuvą. Jis naudojo cerį-144 kaip energijos šaltinį, dedamas į antiradiacinius konteinerius, pagamintus iš volframo ir švino. Jo energijos intensyvumas buvo 440 kWh, vidutinė galia 5 vatai, o išėjimo (su kaupimu) galia siųstuvui veikiant buvo 150 - 200 vatų.  

Siūlomi darbai įvairių variantų radioizotopų generatorius su dviejų pakopų sistema branduolinei energijai paversti elektros energija, kuri priklauso fotovoltinių branduolinių baterijų šeimai. Tokiame generatoriuje branduolio dalijimosi fragmentų energija iš pradžių paverčiama spinduliuote per tam tikrą branduolio stimuliuojamos fluorescencijos procesą (pavyzdžiui, aerozoliu užpildytame keitiklyje), o vėliau fotonų energija paverčiama elektra naudojant fotovoltinį keitiklį. . Šis energijos konvertavimo būdas turi visa linija pranašumų prieš esamus. Pavyzdžiui, skirtingai nuo daugelio plačiausiai naudojamų tradiciniais metodais, jame nėra žemo efektyvumo šiluminio ciklo. Taigi bendras sistemos efektyvumas gali siekti apie 35%, o tai yra 3 - - 5 kartus didesnis nei sistemų, kuriose naudojamas šiluminis ciklas ir efektyvumas. saulės elementai.  

Reikšmingiausia ir brangiausia radioizotopų generatoriaus kūrimo programos dalis yra jos išbandymas. Galima nuspėti Bendrosios charakteristikos vieno ar kito konstrukcinio elemento, bet nustatyti tikrąjį fiziniai parametrai naujas mazgas ar visa sistema dažnai įmanoma tik eksperimentuojant.  

Termioninio radioizotopinio generatoriaus schema su šilumos vamzdžiu, kuris automatiškai stabilizuoja šilumos srautą ir temperatūrą prie keitiklio katodo.

Bet tai yra stabilizavimo problemos sprendimas šilumos srautas ir temperatūra prie terminio radioizotopų generatoriaus katodo nuolat mažėjančio energijos išsiskyrimo kapsulėje sąlygomis. Perteklinė šiluminė energija, susidaranti izotopiniame kure per pradinį veikimo laikotarpį, išleidžiama iš šilumos vamzdžio dalies, išsikišusios už cilindrinio termokonverterio.  

Be konstruktyvių patobulinimų ir termoelektrinių elektrinių su branduoliniais reaktoriais galios didinimo, Sovietų Sąjunga kuria radioizotopų generatorių projektus. Generuoti elektros srovė jie naudoja šilumą, susidarančią skaidant radioaktyviuosius kobalto, kurio, polonio ir kt. izotopus. Jų gabaritai yra maži ir patikimai veikia ilgą laiką neįkraunant (priklausomai nuo atitinkamų radioaktyviųjų elementų pusinės eliminacijos periodo) ir kiekio. energijos, kurią sukuria 1 kg savo svorio, pranašesnė už elektrochemines baterijas.  

Panagrinėkime uždavinio (9.18) formulavimo ir sprendimo ypatybes kombinuotai jėgainei, turinčiai dviejų pakopų TEG ir dvigubos grandinės PTS su kondensaciniu purkštuvu ir vienos pakopos turbina, kurios darbinis skystis yra DFS. Šiluma iš radioizotopų generatoriaus į TEG ir iš jo į PTP tiekiama skystu metaliniu aušinimo skysčiu.  

Kam reikalingi tokie sunkaus izotopo karija kiekiai? Manoma, kad kuršis-244 gali pakeisti ilutonį-238 radioizotopų generatoriuose, skirtuose kosmoso ir vandenynų tyrimams. Generatoriai, kurių pagrindą sudaro 244Csh, yra mažiau patvarūs nei plutonio, tačiau jų specifinė energijos išskyrimas yra maždaug penkis kartus didesnis... Todėl curium generatoriai sunkiai pritaikomi kaip širdies stimuliatoriai. Tačiau kituose autonominiuose energijos šaltiniuose curium-244 gali pakeisti plutonį. Be to, kuršis nėra toks toksiškas kaip plutonis. O kurio generatorių maksimali galia (nustatoma pagal kritinę masę) yra maždaug 10 kartų didesnė nei plutonio generatorių: atitinkamai 162 ir 18 kilovatų.  

AEC nurodymu tiriamos galimos termoelektrinių generatorių, kurių pagrindą sudaro polonis-210, plutonis-238 ir curium-244, kurių elektros galia iki 10 kW, galimybės, atsižvelgiant į kosmoso įrenginius. Ši galia laikoma praktine radioizotopų generatorių šiam tikslui riba. Pažymėtina, kad KEA kuria raketinius variklius su izotopiniais šilumos šaltiniais. Šiluma, išsiskirianti skylant poloniui-210, naudojama skystam vandeniliui šildyti. Toks variklis gali išvystyti iki 0 11 kg trauką su specifiniu impulsu 700 - 800 sek.  

Šio tipo generatoriai šiandien yra plačiausiai naudojami borto įrangai maitinti ir erdvėlaiviams šildyti. lėktuvas. Remiantis , iš devynių 1992 m. JAV orbitoje skridusių radioizotopų generatorių aštuoni buvo termoelektriniai, kurių kuras buvo Pu238 izotopas. Radioizotopinis termoelektrinis generatorius (RTG) tiesiogiai paverčia šiluminę energiją į elektros energiją, remiantis Seebeck efektu.  

Reikia pasakyti, kad pastaruoju metu Jungtinėse Amerikos Valstijose daug dėmesio skiriama darbams, susijusiems su daugiau paieška veiksmingi būdaišiluminės energijos RIT pavertimas plutoniu-238 nei termoelektrinis. Tai visų pirma apima termofotoelektrinių radioizotopų generatorių ir radioizotopų generatorių AMTEC (Šarmų metalų terminio konvertavimo į elektrinį) kūrimą, naudojant abiem atvejais radioizotopinius šilumos šaltinius, kurių pagrindą sudaro plutonis-238, anksčiau sukurti RTG erdvės reikmėms.  

1965 metais Leipcige (VDR) buvo pademonstruotas sovietinis radioizotopas hev: Beta-2 eraatorius, kuris tiekė elektrą ir automatinės meteorologinės stoties prietaisams. Jubiliejinėje Leipcigo mugėje Beta-2 buvo apdovanotas aukso medaliu. Tais pačiais metais kitokio tipo 5–50 W galios radioizotopų generatoriai buvo naudojami kelių „Cosmos“ serijos dirbtinių Žemės palydovų, kurių paleidimą numatė kosmoso tyrimų programa, borto sistemoms maitinti. priimtas SSRS.  

Tačiau jie neturi judančių dalių ir nereikalauja priežiūros per visą tarnavimo laiką, kuris gali trukti dešimtmečius.

Enciklopedinis „YouTube“.

1 / 1

Apleistų Sr 90 beta versijos šaltinių rinkinys iš RTG Gruzijoje

Subtitrai

Taikymas

RTG yra naudojami kaip energijos šaltiniai autonominės sistemos, nutolęs nuo tradicinių maitinimo šaltinių ir reikalaujantis nuo kelių dešimčių iki šimtų vatų, o veikimo laikas labai ilgas, per ilgas kuro elementams ar akumuliatoriams.

Kosmose

RTG yra pagrindinis energijos šaltinis erdvėlaiviuose, kurie atlieka ilgą misiją ir nutolsta nuo Saulės (pavyzdžiui, Voyager 2 arba Cassini-Huygens), kur saulės baterijų naudojimas yra neveiksmingas arba neįmanomas.

Keli kilogramai 238 PuO 2 buvo panaudoti kai kuriose „Apollo“ misijose ALSEP instrumentams maitinti. Elektros generatorius SNAP-27 Branduolinės pagalbinės energijos sistemos), kurio šiluminė ir elektros galia buvo atitinkamai 1480 W ir 63,5 W, buvo 3,735 kg plutonio-238 dioksido.

Ant žemės

RTG buvo naudojami navigacijos švyturiuose, radijo švyturiuose, meteorologinėse stotyse ir panašioje įrangoje, įrengtoje vietose, kuriose dėl techninių ar ekonominių priežasčių neįmanoma naudoti kitų energijos šaltinių. Visų pirma, SSRS jie buvo naudojami kaip energijos šaltiniai navigacijos įrangai, sumontuotai Arkties vandenyno pakrantėje palei Šiaurės jūros kelią. Šiuo metu dėl radiacijos ir radioaktyviųjų medžiagų nuotėkio pavojaus priežiūros nereikalaujančių RTG įrengimo praktika neprieinamose vietose nutraukta.

JAV RTG buvo naudojami ne tik antžeminiams energijos šaltiniams, bet ir plūdurams jūroje bei povandeniniams įrenginiams. Pavyzdžiui, 1988 m. SSRS netoli sovietinių ryšių kabelių Ochotsko jūroje atrado du amerikietiškus RTG. Tikslus JAV įrengtų RTG skaičius nežinomas, remiantis nepriklausomų organizacijų skaičiavimais, 1992 m. buvo įrengta 100–150.

Kuro

RTG naudojamos radioaktyviosios medžiagos turi atitikti šias charakteristikas:

• Pakankamai didelis tūrinis aktyvumas, kad ribotame įrenginio tūryje būtų išleista daug energijos. Minimalus tūris yra ribojamas medžiagų šiluminio ir radiacinio atsparumo, silpnai aktyvūs izotopai pablogina įrenginio energetinės masės tobulumą. Paprastai tai reiškia, kad izotopo pusinės eliminacijos laikas turi būti pakankamai trumpas, kad būtų didelis skilimo greitis, o skilimas turi pagaminti pakankamai didelį lengvai panaudojamos energijos kiekį.
• Pakankamai ilgas galios palaikymo laikotarpis užduočiai atlikti. Paprastai tai reiškia, kad izotopo pusinės eliminacijos laikas turi būti pakankamai ilgas tam tikram energijos išsiskyrimo mažėjimo greičiui. Tipiški RTG naudojamų izotopų pusinės eliminacijos periodai yra keli dešimtmečiai, nors trumpo pusinės eliminacijos periodo izotopai gali būti naudojami specializuotoms reikmėms.
• Jonizuojančiosios spinduliuotės rūšis, patogi energijai panaudoti. Gama spinduliuotė lengvai išeina iš konstrukcijos, pasiimdama irimo energiją. Neutronai taip pat gali gana lengvai pabėgti. Didelės energijos elektronai, susidarę β skilimo metu, yra gerai išlaikomi, tačiau tai sukuria bremsstrahlung rentgeno spindulius, kurie nuneša dalį energijos. α irimo metu susidaro masyvios α dalelės, kurios efektyviai išleidžia savo energiją beveik susidarymo vietoje.
• Jonizuojančiosios spinduliuotės rūšis, kuri yra saugi aplinkai ir įrangai. Dėl didelės gama, rentgeno ir neutroninės spinduliuotės dažnai reikia specialių projektavimo priemonių, kad būtų apsaugotas personalas ir netoliese esanti įranga.
• Santykinis izotopo pigumas ir jo gamybos paprastumas esamų branduolinių technologijų rėmuose.

Plutonis-238 dažniausiai naudojami erdvėlaiviuose. α-skilimas, kurio energija 5,5 MeV (vienas gramas duoda ~0,54 W). Pusinės eliminacijos laikas 88 metai (galios praradimas 0,78% per metus), susiformavus labai stabiliam izotopui 234 U. Plutonis-238 yra beveik grynas alfa skleidėjas, todėl jis yra vienas saugiausių radioaktyviųjų izotopų su minimaliais biologinio izoliavimo reikalavimais. Tačiau norint pagaminti gana gryną 238 izotopą, reikia naudoti specialius reaktorius, todėl tai brangu.

Stroncis-90 plačiai naudojami antžeminiuose sovietinės ir amerikietiškos gamybos RTG. Dviejų β skilimų grandinė suteikia bendrą 2,8 MEV energiją (vienas gramas duoda ~0,46 W). Pusinės eliminacijos laikas 29 metai, kai susidaro stabilus ⁹⁰ Zr. Stroncis-90 dideliais kiekiais gaunamas iš panaudoto kuro iš branduolinių reaktorių. Šio izotopo pigumas ir gausa lemia platų jo naudojimą antžeminėje įrangoje. Skirtingai nuo plutonio, stroncis turi daug labai pralaidžios jonizuojančiosios spinduliuotės, todėl biologiniam ekranavimui keliami gana dideli reikalavimai.

Yra subkritinių RTG koncepcija. Subkritinis generatorius susideda iš neutronų šaltinio ir skiliosios medžiagos. Neutronai iš šaltinio sulaikomi skiliosios medžiagos atomais ir sukelia jų dalijimąsi. Pagrindinis tokio generatoriaus privalumas yra tas, kad reakcijos su neutronų gaudymu skilimo energija gali būti daug didesnė nei savaiminio dalijimosi energija. Pavyzdžiui, plutonio atveju tai yra 200 MeV, palyginti su 6 MeV savaiminiu skilimu. Atitinkamai, reikalingas medžiagos kiekis yra daug mažesnis. Skilimų skaičius ir spinduliuotės aktyvumas šilumos išsiskyrimo požiūriu taip pat yra mažesnis. Tai sumažina generatoriaus svorį ir dydį.

Žemės RTG Rusijoje

Sovietmečiu antžeminiam naudojimui buvo pagaminti 1007 RTG. Beveik visi jie buvo pagaminti stroncio-90 izotopo (RIT-90) pagrindu. Kuro elementas yra patvari, sandari, suvirinta kapsulė, kurioje yra izotopas. Buvo pagaminti keli RIT-90 variantai su skirtingu izotopų kiekiu. RTG buvo aprūpinta viena ar keliomis RIT kapsulėmis, spinduliuotės ekranu (dažnai nusodrinto urano pagrindu), termoelektriniu generatoriumi, aušinimo radiatoriumi, sandariu korpusu ir elektros grandinėmis. Sovietų Sąjungoje gaminamų RTG tipai:

Tipas	Pradinis aktyvumas, kCi	Šiluminė galia, W	Elektros galia, W	Efektyvumas, %	Svoris, kg	Išleidimo pradžios metai
Eteris-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
Beta-M (Anglų) rusų	36	230	10	4,35	560	1978
Gongas	47	315	18	5,714	600	1983
Ragas	185	1100	60	5,455	1050	1983
IEU-2M	116	690	20	2,899	600	1985
Senostavas	288	1870	-	-	1250	1989
IEU-1M	340	2200	120	5,455	2100	1990

Instaliacijų tarnavimo laikas gali siekti 10-30 metų, dauguma jų yra pasibaigę. RTG kelia potencialų pavojų, nes jis yra apleistoje vietoje ir gali būti pavogtas, o vėliau panaudotas kaip nešvari bomba. Užfiksuoti atvejai, kai RTG medžiotojai išardė spalvotuosius metalus, o patys vagys gavo mirtiną radiacijos dozę.

Šiuo metu jų išmontavimo ir šalinimo procesas vyksta prižiūrint Tarptautinei atominės energijos agentūrai ir finansuojant iš JAV, Norvegijos ir kitų šalių. Iki 2011 m. pradžios buvo išmontuoti 539 RTG. 2012 m. veikė 72 RTG, 3 yra prarasti, 222 yra saugomi, 31 yra utilizuojama. Antarktidoje buvo eksploatuojami keturi įrenginiai.

Vietoj jų nebegaminami nauji RTG navigacijos reikmėms, įrengiamos vėjo jėgainės ir fotoelektriniai keitikliai, kai kuriais atvejais – dyzeliniai generatoriai. Šie įrenginiai vadinami APS (alternatyvūs maitinimo šaltiniai). Jį sudaro saulės baterija (arba vėjo generatorius), nereikalaujantis priežiūros baterijos, LED švyturėlis (apvalus arba sulankstomas), programuojamas elektroninis blokas, nustatantis švyturio veikimo algoritmą.

Reikalavimai RTG projektavimui

TSRS reikalavimus RTG nustatė GOST 18696-90 „Radionuklidiniai termoelektriniai generatoriai. Tipai ir paplitimas Techniniai reikalavimai“ ir GOST 20250-83 „Termoelektriniai radionuklidų generatoriai. Priėmimo taisyklės ir bandymo metodai“.

Incidentai su RTG NVS šalyse

data	Vieta
1983, kovo mėn	Nutevgi kyšulys, Čiukotka	Didelis RTG pažeidimas pakeliui į montavimo vietą. Avarijos faktą darbuotojai nuslėpė, o „Gosatomnadzor“ komisija nustatė 1997 m. 2005 m. šis RTG buvo apleistas ir liko Nutevgi kyšulyje. Nuo 2012 m. visi RTG buvo pašalinti iš Čiukotkos autonominio apygardos.
1987	Nizkio kyšulys, Sachalino sritis.	Gabenimo metu sraigtasparnis į Ochotsko jūrą numetė IEU-1 tipo RTG, priklausantį SSRS gynybos ministerijai. Nuo 2013 m. paieškos darbai tęsiami su pertraukomis.
1997	Tadžikistanas, Dušanbė	Dušanbės centre esančiame anglių sandėlyje buvo laikomi trys pasibaigusio galiojimo RTG, kuriuos išardė nežinomi asmenys, o netoliese užfiksuotas padidėjęs gama fonas.
1997, rugpjūčio mėn	Marijos kyšulys, Sachalino sritis.	Gabenimo metu sraigtasparnis į Ochotsko jūrą numetė IEU-1 tipo RTG, kuris liko apačioje 25-30 m gylyje, po 10 metų buvo paimtas ir išsiųstas utilizuoti.
1998 m. liepos mėn	Korsakovo uostas, Sachalino sritis.	Metalo laužo surinkimo punkte rastas išardytas Rusijos gynybos ministerijai priklausantis RTG.
1999	Leningrado sritis.	RTG apiplėšė spalvotųjų metalų medžiotojai. Kingisepo autobusų stotelėje rastas radioaktyvus elementas (fonas netoli - 1000 R/h).
2000	Baranikos kyšulys, Čiukotka	Natūralus fonas šalia įrenginio buvo kelis kartus viršytas dėl RTG gedimo.
2001, gegužės mėn	Kandalakšos įlanka, Murmansko sritis.	Iš saloje esančių švyturių buvo pavogti 3 radioizotopų šaltiniai, kurie buvo aptikti ir išsiųsti į Maskvą.
2002, vasario mėn	Vakarų Gruzija	Liya kaimo srityje, Tsalenjikha rajone vietos gyventojai buvo rasti du RTG, kuriuos jie panaudojo kaip šilumos šaltinius, o vėliau išmontavo. Dėl to keli žmonės gavo dideles radiacijos dozes.
2003	O. Nuneanganas, Čiukotka	Nustatyta, kad įrenginio išorinė spinduliuotė 5 kartus viršijo leistinas ribas dėl jo konstrukcijos trūkumų.
2003	O. Vrangelis, Čiukotka	Dėl pakrantės erozijos čia įrengtas RTG nukrito į jūrą, kur ją nuplovė gruntas. 2011 metais pakrantę nuplovė audra. Prietaiso radiacinė apsauga nepažeista. 2012 metais jis buvo pašalintas iš Čiukotkos autonominio apygardos teritorijos.
2003	Šalaurovo kyšulys Izba, Čiukotka	Foninė spinduliuotė šalia įrenginio buvo 30 kartų didesnė dėl RTG konstrukcijos trūkumo.
2003 m. kovo mėn	Pihlisaras, Leningrado sritis.	RTG apiplėšė spalvotųjų metalų medžiotojai. Radioaktyvus elementas buvo išleistas ant ledo paviršiaus. Karšta kapsulė su stronciu, ištirpdžiusi ledą, nugrimzdo į dugną šalia esanti 1000 R/val. Netrukus kapsulė buvo rasta už 200 m nuo švyturio.
2003 m., rugpjūčio mėn	Šmidtovskio rajonas, Chukotka	Patikrinimo metu įrengimo vietoje prie Kyvekvyno upės nerasta RTG tipo „Beta-M“ Nr.57; Remiantis oficialia versija, buvo manoma, kad RTG buvo nuplauti į smėlį dėl stiprios audros arba kad jis buvo pavogtas.
2003, rugsėjis	Golets sala, Baltoji jūra	Šiaurės laivyno darbuotojai Golets saloje aptiko metalo vagystę iš RTG biologinio skydo. Taip pat buvo išlaužtos durys į švyturio patalpą, kurioje buvo laikomas vienas galingiausių RTG su šešiais RIT-90 elementais, kurie nebuvo pavogti.
2003 m., lapkritis	Kolos įlanka, Olenijos įlanka ir Pietų Gorjačinskio sala	Spalvotųjų metalų medžiotojai pagrobė du Šiaurės laivynui priklausančius RTG, netoliese buvo rasti jų elementai RIT-90.
2004	Priozerskas, Kazachstanas	Avarinė situacija susidarė dėl neteisėto šešių RTG išmontavimo.
2004 m. kovo mėn	p. Valentinas, Primorsky sritis	Ramiojo vandenyno laivynui priklausantis RTG buvo rastas išardytas, matyt, spalvotųjų metalų medžiotojų. Netoliese buvo aptiktas radioaktyvusis elementas RIT-90.
2004 m. liepos mėn	Norilskas	Karinio dalinio teritorijoje buvo aptikti trys RTG, kurių dozės galia 1 m atstumu buvo 155 kartus didesnė už natūralų foną.
2004 m. liepos mėn	Navarino kyšulys, Čiukotka	Neaiškios kilmės RTG korpuso mechaniniai pažeidimai, dėl kurių sumažėjo slėgis ir iškrito dalis radioaktyvaus kuro. 2007 m. avarinis RTG buvo pašalintas šalinimui, gretimos teritorijos paveiktos teritorijos buvo nukenksmintos.
2004 m. rugsėjo mėn	Land Bunge, Jakutija	Avarinis dviejų gabenamų RTG paleidimas iš sraigtasparnio. Dėl smūgio į žemę buvo pažeistas korpusų radiacinės apsaugos vientisumas, gama spinduliuotės dozės galia netoli smūgio vietos buvo 4 mSv/val.
2012	O. Lišnis, Taimyras	Gong projekto RTG įrengimo vietoje buvo aptikti jo fragmentai. Spėjama, kad prietaisas buvo išplautas į jūrą.

taip pat žr

Pastabos

1. Konstantinas Lantratovas. Plutonas tapo artimesnis (rusiškai) // Laikraštis Kommersant: straipsnis. - Kommersant, 2006. - Laida. 3341. - Nr.10.
2. Aleksandras Sergejevas. Zondas į Plutoną: nepriekaištinga puikios kelionės pradžia (rusų kalba). - Elements.Ru, 2006 m.
3. Timošenko, Aleksejus Kosmoso amžius – pasirodė, kad žmogui nereikia (rusų k.) (nepasiekiama nuoroda - istorija) . gzt.ru (2010 m. rugsėjo 16 d.). Gauta 2010 m. spalio 22 d. Suarchyvuota 2010 m. balandžio 19 d.
4. Gryno mokslo energija: srovė iš greitintuvo (rusų kalba) // fizikos arXiv tinklaraštis Populiari mechanika: straipsnis. - 12.08.10.
5. NASA atliko pirmąjį bandomąjį naujojo marsaeigio (rusų) važiavimą. Lenta.ru (2010 m. liepos 26 d.). Gauta 2010 m. lapkričio 8 d. Suarchyvuota 2012 m. vasario 3 d.
6. Ajay K. Misra. NASA programos, skirtos didelės specifinės galios radioizotopinių energijos sistemų kūrimui, apžvalga // NASA/JPL: apžvalga. – San Diegas, Kalifornija, 2006 m. birželis.
7. Pasaulio Informacijos Paslauga Energetika.  Aliaskos gaisras kelia grėsmę oro pajėgų branduoliniams ginklams.
8. Drits M. E. ir kt. Elementų savybės. - Katalogas. - M.: Metalurgija, 1985. - 672 p. – 6500 egz.
9. Venkateswara Sarma Mallela, V Ilankumaran, N.Srinivasa Rao.Širdies stimuliatorių baterijų tendencijos // Indian Pacing Electrophysiol J: straipsnis. - 2004 m. spalio 1 d. - Iss. 4 . – Ne. 4 .
10. Plutonis Powered Pacemaker (1974) (anglų k.). Oak Ridge Associated Universities (2009 m. kovo 23 d.). Žiūrėta 2011 m. sausio 15 d.

Taip jau atsitiko, kad serijoje „Peaceful Space Atom“ nuo fantastiško pereiname prie plačiai paplitusio. Paskutinį kartą, kai kalbėjome apie galios reaktorius, kitas akivaizdus žingsnis yra kalbėti apie radioizotopinius reaktorius. termoelektriniai generatoriai. Neseniai Habré buvo puikus įrašas apie Cassini zondo RTG, ir mes pažvelgsime į šią temą iš platesnio požiūrio.

Proceso fizika

Šilumos gamyba

Skirtingai nuo branduolinio reaktoriaus, kuriame naudojamas branduolinės grandininės reakcijos reiškinys, radioizotopų generatoriai naudoja natūralų radioaktyviųjų izotopų skilimą. Prisiminkite, kad atomai susideda iš protonų, elektronų ir neutronų. Priklausomai nuo neutronų skaičiaus konkretaus atomo branduolyje, jis gali būti stabilus arba turėti polinkį savaiminiam skilimui. Pavyzdžiui, kobalto atomas 59 Co su 27 protonais ir 32 neutronais branduolyje yra stabilus. Šį kobaltą žmonija naudojo nuo Senovės Egipto laikų. Bet jei prie 59 Co pridėsime vieną neutroną (pavyzdžiui, į branduolinį reaktorių įdėdami „įprastą“ kobaltą), gausime 60 Co – radioaktyvų izotopą, kurio pusinės eliminacijos laikas yra 5,2 metų. Sąvoka „pusėjimo laikas“ reiškia, kad po 5,2 metų vienas atomas suirs su 50% tikimybe, o išliks apie pusė šimto atomų. Visi „paprasti“ elementai turi savo izotopus, kurių pusinės eliminacijos laikas yra skirtingas:

3D izotopų žemėlapis, dėkojame LJ naudotojų grupei už paveikslėlį.

Pasirinkus tinkamą izotopą, galima gauti reikiamo tarnavimo laiko ir kitų parametrų RTG:

Izotopas	Gavimo būdas	Savitoji galia, W/g	Tūrinė galia, W/cm³	Pusė gyvenimo	Integruota izotopų skilimo energija, kWh/g	Izotopo darbinė forma
60 Co (kobaltas-60)	Švitinimas reaktoriuje	2,9	~26	5271 metai	193,2	Metalas, lydinys
238 Pu (plutonis-238)	atominis reaktorius	0,568	6,9	86 metai	608,7	Plutonio karbidas
90 Sr (stroncis-90)	dalijimosi fragmentai	0,93	0,7	28 metai	162,721	SrO, SrTiO 3
144 Ce (ceris-144)	dalijimosi fragmentai	2,6	12,5	285 dienos	57,439	CeO2
242 cm (kuriumas-242)	atominis reaktorius	121	1169	162 dienos	677,8	Cm2O3
147 val. (prometis-147)	dalijimosi fragmentai	0,37	1,1	2,64 metų	12,34	Pm 2 O 3
137 Cs (cezis-137)	dalijimosi fragmentai	0,27	1,27	33 metai	230,24	CsCl
210 Po (polonis-210)	švitinimas bismutu	142	1320	138 dienos	677,59	lydiniai su švinu, itriu, auksu
244 cm (kuriumas-244)	atominis reaktorius	2,8	33,25	18,1 metų	640,6	Cm2O3
232 U (uranas-232)	torio švitinimas	8,097	~88,67	68,9 metų	4887,103	urano dioksidas, karbidas, nitridas
106 ru (rutenis-106)	dalijimosi fragmentai	29,8	369,818	~371,63 dienos	9,854	metalas, lydinys

Tai, kad izotopai skyla nepriklausomai, reiškia, kad RTG negalima valdyti. Pripildytas kuro, jis įkais ir gamins elektrą metų metus, palaipsniui suyra. Sumažinus skiliųjų izotopų kiekį, bus mažiau branduolinio skilimo, mažiau šilumos ir elektros. Be to, elektros energijos sumažėjimą dar labiau apsunkins elektros generatoriaus gedimas.
Yra supaprastinta RTG versija, kurioje izotopo skilimas naudojamas tik šildymui, negeneruojant elektros. Šis modulis vadinamas šildymo bloku arba RHG (radioizotopo šilumos generatoriumi).

Šilumos pavertimas elektra

Kaip ir branduolinio reaktoriaus atveju, gaunama šiluma, kurią reikia kažkaip paversti elektra. Tam galite naudoti:

• Termoelektrinis keitiklis. Sujungus du laidus iš skirtingos medžiagos(pavyzdžiui, chromelis ir alumelis) ir šildydami vieną iš jų, galite gauti elektros šaltinį.
• Termioninis keitiklis. Šiuo atveju naudojamas vakuuminis vamzdelis. Jo katodas įkaista, o elektronai gauna pakankamai energijos, kad „peršoktų“ prie anodo, sukurdami elektros srovę.
• Termovoltinis keitiklis. Šiuo atveju prie šilumos šaltinio prijungiamas infraraudonųjų spindulių diapazone veikiantis fotoelementas. Šilumos šaltinis skleidžia fotonus, kuriuos fiksuoja fotoelementas ir paverčia elektra.
• Šarminio metalo termoelektrinis keitiklis. Čia iš išlydyto natrio ir sieros druskų pagamintas elektrolitas naudojamas šilumai paversti elektra.
• Stirlingo variklis - šiluminis variklis temperatūrų skirtumą paversti mechaniniu darbu. Elektra gaunama atliekant mechaninį darbą naudojant kažkokį generatorių.

Istorija

Pirmasis eksperimentinis radioizotopų energijos šaltinis buvo pristatytas 1913 m. Tačiau tik nuo XX amžiaus antrosios pusės, išplitus branduoliniams reaktoriams, kuriuose buvo galima gaminti izotopus pramoniniu mastu, RTG buvo pradėti aktyviai naudoti.

JAV

JAV su RTG užsiėmė organizacija SNAP, jums jau pažįstama iš ankstesnio įrašo.
SNAP-1.
Tai buvo eksperimentinis RTG, naudojant 144 Ce ir Rankine ciklo generatorių (garų variklį) su gyvsidabriu kaip aušinimo skysčiu. Generatorius Žemėje sėkmingai veikė 2500 valandų, tačiau į kosmosą neišskrido.

SNAP-3.
Pirmasis RTG, skridęs į kosmosą navigacijos palydovais Transit 4A ir 4B. Energijos galia 2 W, svoris 2 kg, naudotas plutonis-238.

Sentry
RTG meteorologiniam palydovui. Energijos galia 4,5 W, izotopas - stroncis-90.

SNAP-7.
Antžeminių RTG šeima, skirta švyturiams, šviesos plūdurams, meteorologinėms stotims, garsiniams plūdurams ir pan. Labai dideli modeliai, svoris nuo 850 iki 2720 kg. Energijos galia – dešimtys vatų. Pavyzdžiui, SNAP-7D - 30 W, kurio svoris yra 2 tonos.

SNAP-9
Serijinis RTG tranzito navigacijos palydovams. Svoris 12 kg, elektros galia 25 W.

SNAP-11
Eksperimentinis RTG, skirtas Surveyor Mėnulio nusileidimo stotims. Buvo pasiūlyta naudoti izotopą curium-242. Elektros galia - 25 W. Nėra naudojamas.

SNAP-19
Serijiniai RTG, naudojami daugelyje misijų – Nimbus meteorologiniai palydovai, Pioneer zondai -10 ir -11, Viking Marso nusileidimo stotys. Izotopas - plutonis-238, energetinė galia ~40 W.

SNAP-21 ir -23
RTG povandeniniam naudojimui naudojant stroncį-90.

SNAP-27
RTG, skirti maitinti „Apollo“ programos mokslinę įrangą. 3,8 kg. plutonis-238 davė 70 W energijos galią. Mėnulio mokslinė įranga buvo išjungta dar 1977 m. (Žmonėms ir įrangai Žemėje reikėjo pinigų, tačiau jų neužteko). RTG 1977 m. pagamino nuo 36 iki 60 W elektros energijos.

MHW-RTG
Pavadinimas reiškia „kelių šimtų vatų RTG“. 4,5 kg. plutonis-238 pagamino 2400 W šiluminės galios ir 160 W elektros energijos. Šie RTG buvo sumontuoti Lincoln Experimental Satellites (LES-8,9) ir 37 metus tiekia šilumą ir elektrą Voyagers. 2014 m. RTG suteikia apie 53 % pradinės galios.

GPHS-RTG
Galingiausias iš kosminių RTG. 7,8 kg plutonio-238 suteikė 4400 W šiluminės galios ir 300 W elektros energijos. Naudojamas saulės zonde „Ulysses“, „Galileo“, „Cassini-Huygens“ zonduose ir skrendant į Plutoną „New Horizons“.

MMRTG
RTG smalsumui. 4 kg plutonio-238, 2000 W šiluminė galia, 100 W elektros galia.


Šiltas plutonio lempos kubas.

JAV RTG su laiko nuoroda.

Suvestinė lentelė:

vardas	Medija (kiekis įrenginyje)	Didžiausia galia		Izotopas	Kuro svoris, kg	Bendras svoris, kg
		Elektrinis, W	Terminis, W
MMRTG	MSL/Curiosity rover	~110	~2000	238 Pu	~4	<45
GPHS-RTG	„Cassini“ (3), „New Horizons“ (1), „Galileo“ (2), „Ulisas“ (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	Tranzitas 5BN1/2 (1)	25	525	238 Pu	~1	12.3
SNAP-19	Nimbus-3 (2), Pioneer 10 (4), Pioneer 11 (4)	40.3	525	238 Pu	~1	13.6
SNAP-19 modifikacija	Viking 1 (2), Viking 2 (2)	42.7	525	238 Pu	~1	15.2
SNAP-27	Apollo 12-17 ALSEP (1)	73	1,480	238 Pu	3.8	20

SSRS/Rusija

SSRS ir Rusijoje kosminių RTG buvo nedaug. Pirmasis eksperimentinis generatorius buvo Limon-1 RTG, pagrįstas poloniu-210, sukurtas 1962 m.

.

Pirmieji kosminiai RTG buvo Orion-1, kurio elektros galia buvo 20 W ant polonio-210 ir buvo paleistas iš Strela-1 serijos ryšių palydovų - Kosmos-84 ir Kosmos-90. Šildymo įrenginiai buvo sumontuoti Lunokhods -1 ir -2, o RTG buvo sumontuotas Mars-96 misijoje:

Tuo pačiu metu RTG buvo labai aktyviai naudojami švyturiuose, navigacijos plūduruose ir kitoje antžeminėje įrangoje - BETA, RTG-IEU serijose ir daugelyje kitų.

Dizainas

Beveik visi RTG naudoja termoelektrinius keitiklius, todėl jų konstrukcija yra tokia pati:

Perspektyvos

Visi skraidantys RTG išsiskiria labai mažu efektyvumu – paprastai elektros galia sudaro mažiau nei 10% šiluminės galios. Todėl XXI amžiaus pradžioje NASA pradėjo ASRG projektą – RTG su Stirlingo varikliu. Tikimasi, kad efektyvumas padidės iki 30% ir 140 W elektros galia su 500 W šilumine galia. Deja, 2013 metais projektas buvo sustabdytas dėl išlaidų viršijimo. Tačiau teoriškai efektyvesnių šilumos ir elektros keitiklių naudojimas gali rimtai padidinti RTG efektyvumą.

Privalumai ir trūkumai

Privalumai:

1. Labai paprastas dizainas.
2. Jis gali veikti metus ir dešimtmečius, palaipsniui degraduodamas.
3. Galima vienu metu naudoti šildymui ir elektros tiekimui.
4. Nereikalauja valdymo ar priežiūros.

Trūkumai:

1. Kaip kurą reikia retų ir brangių izotopų.
2. Kurą gaminti sunku, brangu ir lėta.
3. Mažas efektyvumas.
4. Galia ribojama iki šimtų vatų. RTG su kilovatine elektros galia jau menkai pagrįstas megavatinis RTG praktiškai beprasmis: bus per brangus ir sunkus.

Tokių privalumų ir trūkumų derinys reiškia, kad RTG ir šildymo įrenginiai užima savo nišą erdvės energijos srityje ir tai darys. Jie leidžia paprastai ir efektyviai šildyti ir maitinti tarpplanetinius erdvėlaivius elektra, tačiau iš jų nereikėtų tikėtis energetinio proveržio.

Šaltiniai

Be Vikipedijos, buvo naudojami šie:

• Referatas „Kosmoso branduolinė energija: galutinio horizonto atidarymas“.
• „Kosmonautikos naujienų“ tema „Vietiniai RTG“.

Žymos:

• RTG
• MKA

Pridėti žymes RTG(radioizotopinis termoelektrinis generatorius) – radioizotopinis elektros energijos šaltinis, kuris naudoja natūralaus radioaktyviųjų izotopų skilimo metu išsiskiriančią šiluminę energiją ir paverčia ją elektros energija, naudodamas termoelektrinį generatorių.

Palyginti su branduoliniais reaktoriais, kuriuose naudojama grandininė reakcija, RTG yra daug kompaktiškesni ir paprastesni. RTG išėjimo galia yra labai maža (iki kelių šimtų vatų), o efektyvumas mažas. Tačiau jie neturi judančių dalių ir nereikalauja priežiūros per visą tarnavimo laiką, kuris gali trukti dešimtmečius.

Taikymas

Erdvėlaivio „New Horizons“ RTG

RTG paprastai yra tinkamiausias energijos šaltinis autonominėms sistemoms, kurioms reikia nuo dešimčių iki šimtų vatų ir kurių veikimo laikas yra labai ilgas, per ilgas kuro elementams ar akumuliatoriams.

Kosmose

„Cassini-Huygens“ erdvėlaivyje naudojamo RTG diagrama

RTG yra pagrindinis energijos šaltinis misijoms, kurios turi ilgą misiją ir yra labai toli (pavyzdžiui, „Voyager 2“ ar „Cassini-Huygens“), kur saulės baterijų naudojimas yra neefektyvus arba neįmanomas.

Plutonis-238 2006 m., paleidžiant zondą „New Horizons“, buvo naudojamas kaip erdvėlaivių įrangos energijos šaltinis. Radioizotopų generatoriuje buvo 11 kg didelio grynumo 238 Pu dioksido, kuris per visą kelionę pagamino vidutiniškai 220 W elektros energijos (240 W kelionės pradžioje ir, pagal skaičiavimus, 200 W pabaigoje).