1. lapa

Kosmosa kuģos izmantotie radioizotopu ģeneratori parasti darbojas pēc radiācijas enerģijas izmantošanas principa, lai sildītu termopāru karstos savienojumus, kuros tiek pārveidota siltumenerģija un elektriskā enerģija.  

Mūsdienu radioizotopu ģeneratoru efektivitāte ir 3 - 5% un kalpošanas laiks no 3 mēnešiem līdz 10 gadiem. Šo ģeneratoru tehniskās un ekonomiskās īpašības nākotnē var būtiski uzlabot.  

Viens no šiem ģeneratoriem, padomju eksperimentālais radioizotopu ģenerators Beta-1, veiksmīgi darbojās divus gadus, darbinot meteoroloģiskās stacijas radioraidītāju netālu no Maskavas Himkos. Tas izmantoja cēriju-144 kā enerģijas avotu, ievietojot pretradiācijas konteineros, kas izgatavoti no volframa un svina. Tā enerģijas intensitāte bija 440 kWh, vidējā jauda 5 vati, un izejas (ar akumulāciju) jauda raidītājam darbojoties bija 150 - 200 vati.  

Ierosinātie darbi dažādas iespējas radioizotopu ģenerators ar divpakāpju sistēmu kodolenerģijas pārvēršanai elektroenerģijā, kas pieder pie fotoelementu kodolbateriju saimes. Šādā ģeneratorā kodola skaldīšanas fragmentu enerģija sākotnēji tiek pārveidota par starojumu, izmantojot kādu kodolstimulētas fluorescences procesu (piemēram, ar aerosola gāzi pildītā pārveidotājā), un pēc tam fotonu enerģija tiek pārveidota par elektroenerģiju, izmantojot fotoelektrisko pārveidotāju. . Šī enerģijas pārveidošanas metode ir visa rinda priekšrocības salīdzinājumā ar esošajām. Piemēram, atšķirībā no daudziem visplašāk izmantotajiem tradicionālās metodes, tas nesatur zemas efektivitātes termisko ciklu. Tādējādi sistēmas kopējā efektivitāte var būt aptuveni 35%, kas ir 3 - - 5 reizes lielāka nekā to sistēmu efektivitāte, kuras izmanto termisko ciklu un saules paneļi.  

Radioizotopu ģeneratoru izstrādes programmas nozīmīgākā un dārgākā daļa ir tā pārbaude. Var paredzēt Vispārējās īpašības viena vai otra konstrukcijas elementa, bet gan noteikt īsto fizikālie parametri jauns mezgls vai sistēma kopumā bieži vien ir iespējama tikai eksperimentējot.  

Termioniskā radioizotopu ģeneratora shēma ar siltuma cauruli, kas automātiski stabilizē siltuma plūsmu un temperatūru pie pārveidotāja katoda.

Bet tas ir stabilizācijas problēmas risinājums siltuma plūsma un temperatūra pie termisko radioizotopu ģeneratora katoda nepārtrauktas enerģijas izdalīšanās samazināšanās apstākļos kapsulā. Siltumenerģijas pārpalikums, kas rodas izotopu degvielā sākotnējā darbības periodā, tiek izvadīts no siltuma caurules posma, kas izvirzīts aiz cilindriskā termiskā pārveidotāja.  

Papildus konstruktīviem uzlabojumiem un termoelektrostaciju ar kodolreaktoriem jaudas palielināšanai Padomju Savienība izstrādā radioizotopu ģeneratoru konstrukcijas. Lai ģenerētu elektriskā strāva tie izmanto siltumu, kas rodas kobalta, kūrija, polonija uc radioaktīvo izotopu sabrukšanas laikā. Tiem ir mazi izmēri un tie darbojas uzticami ilgu laiku bez uzlādēšanas (atkarībā no atbilstošo radioaktīvo elementu pussabrukšanas perioda) un daudzuma. enerģijas, ko ģenerē 1 kg pašsvara, kas ir pārāka par elektroķīmiskajām baterijām.  

Apskatīsim uzdevuma (9.18) formulējuma un risinājuma iezīmes kombinētai elektrostacijai, kas satur divpakāpju TEG un divkontūru PTS ar kondensācijas inžektoru un vienpakāpes turbīnu, kuras darba šķidrums ir DFS. Siltuma padevi no radioizotopu ģeneratora uz TEG un no tā uz PTP veic šķidrs metāla dzesēšanas šķidrums.  

Kāpēc ir vajadzīgi tik daudzumi smagā kūrija izotopa? Tiek uzskatīts, ka kūrijs-244 var aizstāt ilutoniju-238 radioizotopu ģeneratoros kosmosa un okeāna pētījumos. Ģeneratori, kuru pamatā ir 244Csh, ir mazāk izturīgi nekā plutonija, bet to īpatnējā enerģijas izdalīšanās ir aptuveni piecas reizes lielāka... Tāpēc kūrija ģeneratorus diez vai var izmantot kā sirds stimulatorus. Bet citos autonomos enerģijas avotos kūrijs-244 var aizstāt plutoniju. Turklāt kūrijs nav tik toksisks kā plutonijs. Un kurija ģeneratoru maksimālā jauda (ko nosaka kritiskā masa) ir aptuveni 10 reizes lielāka nekā plutonija ģeneratoriem: attiecīgi 162 un 18 kilovati.  

Pēc AEC norādījumiem tiek pētītas termoelektrisko ģeneratoru, kuru pamatā ir polonijs-210, plutonijs-238 un kūrijs-244, ar elektrisko jaudu līdz 10 kW potenciālās iespējas saistībā ar kosmosa instalācijām. Šī jauda tiek uzskatīta par praktisko ierobežojumu radioizotopu ģeneratoriem šim nolūkam. Jāpiebilst, ka KEA izstrādā raķešu dzinējus ar izotopu siltuma avotiem. Siltums, kas izdalās polonija-210 sabrukšanas laikā, tiek izmantots šķidrā ūdeņraža sildīšanai. Šāds dzinējs var attīstīt vilces spēku līdz 0 11 kg ar īpatnējo impulsu 700 - 800 sek.  

Šis ģeneratora veids mūsdienās ir visplašāk izmantotais borta iekārtu darbināšanai un kosmosa kuģu sildīšanai. lidmašīna. Saskaņā ar , no deviņiem radioizotopu ģeneratoriem, kas atradās orbītā ASV 1992. gadā, astoņi bija termoelektriski ar Pu238 izotopu kā degvielu. Radioizotopu termoelektriskais ģenerators (RTG) tieši pārvērš siltumenerģiju elektroenerģijā, pamatojoties uz Zēbeka efektu.  

Jāteic, ka pēdējā laikā ASV liela uzmanība tiek pievērsta darbam, kas saistīts ar vairāku meklēšanu efektīvi veidi siltumenerģijas RIT pārveide uz plutoniju-238 nekā termoelektriska. Tie galvenokārt ietver darbu pie termofotoelektrisko radioizotopu ģeneratoru un radioizotopu ģeneratoru AMTEC (sārmu metālu termiskās pārveides uz elektrisko pārveidi), izmantojot abos gadījumos radioizotopu siltuma avotus, kuru pamatā ir plutonijs-238, kas iepriekš izstrādāti RTG kosmosa vajadzībām.  

1965. gadā Leipcigā (VDR) tika demonstrēts padomju radioizotops hev – Erators Beta-2, kas arī piegādāja elektrību automātiskās meteoroloģiskās stacijas instrumentiem. Beta-2 tika apbalvots ar zelta medaļu jubilejas Leipcigas gadatirgū. Tajā pašā gadā dažāda veida radioizotopu ģeneratori ar jaudu 5 - 50 W tika izmantoti vairāku Cosmos sērijas mākslīgo Zemes pavadoņu borta sistēmu darbināšanai, kuru palaišanu paredzēja kosmosa izpētes programma. pieņemts PSRS.  

Bet tiem nav kustīgu detaļu, un tiem nav nepieciešama apkope visā to kalpošanas laikā, kas var būt desmitiem gadu.

Enciklopēdisks YouTube

1 / 1

Pamestu Sr 90 beta avotu kolekcija no RTG Gruzijā

Subtitri

Pieteikums

RTG ir izmantojami kā enerģijas avoti autonomās sistēmas, kas atrodas tālu no tradicionālajiem barošanas avotiem un prasa vairākus desmitus līdz simtiem vatu ar ļoti ilgu darbības laiku, pārāk ilgu degvielas elementiem vai akumulatoriem.

Kosmosā

RTG ir galvenais enerģijas avots kosmosa kuģos, kuriem ir ilga misija un kuri pārvietojas tālu prom no Saules (piemēram, Voyager 2 vai Cassini-Huygens), kur saules paneļu izmantošana ir neefektīva vai neiespējama.

Dažās Apollo misijās tika izmantoti vairāki kilogrami 238 PuO 2, lai darbinātu ALSEP instrumentus. Elektrības ģenerators SNAP-27 Sistēmas kodolenerģijas palīgenerģijai), kura termiskā un elektriskā jauda bija attiecīgi 1480 W un 63,5 W, saturēja 3,735 kg plutonija-238 dioksīda.

Uz zemes

RTG tika izmantotas navigācijas bākugunīs, radiobākugunīs, meteoroloģiskās stacijās un līdzīgās iekārtās, kas uzstādītas vietās, kur tehnisku vai ekonomisku iemeslu dēļ nav iespējams izmantot citus enerģijas avotus. Jo īpaši PSRS tos izmantoja kā enerģijas avotus navigācijas iekārtām, kas uzstādītas Ziemeļu Ledus okeāna piekrastē gar Ziemeļu jūras ceļu. Šobrīd radiācijas un radioaktīvo materiālu noplūdes riska dēļ prakse bezapkopes RTG uzstādīšanu nepieejamās vietās ir pārtraukta.

ASV RTG tika izmantotas ne tikai sauszemes enerģijas avotiem, bet arī bojām jūrā un zemūdens iekārtām. Piemēram, 1988. gadā PSRS netālu no padomju sakaru kabeļiem Ohotskas jūrā atklāja divus amerikāņu RTG. Precīzs ASV uzstādīto RTG skaits nav zināms, saskaņā ar neatkarīgu organizāciju aprēķiniem 1992. gadā.

Degviela

Radioaktīvajiem materiāliem, ko izmanto RTG, jāatbilst šādām īpašībām:

• Pietiekami augsta tilpuma aktivitāte, lai panāktu ievērojamu enerģijas izdalīšanos ierobežotā iekārtas tilpumā. Minimālo tilpumu ierobežo materiālu termiskā un starojuma pretestība, vāji aktīvie izotopi pasliktina iekārtas enerģijas-masas pilnību. Tas parasti nozīmē, ka izotopa pussabrukšanas periodam jābūt pietiekami īsam, lai nodrošinātu lielus sabrukšanas ātrumus, un sabrukšanai ir jārada pietiekami liels daudzums viegli izmantojamas enerģijas.
• Pietiekami ilgs jaudas saglabāšanas periods, lai izpildītu uzdevumu. Tas parasti nozīmē, ka izotopa pussabrukšanas periodam jābūt pietiekami ilgam, lai noteiktu enerģijas izdalīšanās samazināšanās ātrumu. RTG izmantoto izotopu tipiskais pussabrukšanas periods ir vairākas desmitgades, lai gan izotopus ar īsu pussabrukšanas periodu var izmantot specializētiem lietojumiem.
• Jonizējošā starojuma veids, kas ir ērts enerģijas izmantošanai. Gamma starojums viegli izplūst no struktūras, paņemot līdzi sabrukšanas enerģiju. Neitroni var arī salīdzinoši viegli izkļūt. Augstas enerģijas elektroni, kas rodas β-sabrukšanas laikā, ir labi saglabāti, bet tas rada bremžustrāvas rentgena starus, kas daļu enerģijas pārnes. α-sabrukšanas laikā veidojas masīvas α-daļiņas, kuras efektīvi atbrīvo savu enerģiju gandrīz veidošanās vietā.
• Jonizējošā starojuma veids, kas ir drošs videi un iekārtām. Nozīmīgam gamma, rentgena un neitronu starojumam bieži ir nepieciešami īpaši projektēšanas pasākumi, lai aizsargātu personālu un tuvumā esošās iekārtas.
• Izotopa relatīvais lētums un tā ražošanas vienkāršība esošo kodoltehnoloģiju ietvaros.

Plutonijs-238 visbiežāk izmanto kosmosa kuģos. α-sabrukšana ar enerģiju 5,5 MeV (viens grams dod ~0,54 W). Pussabrukšanas periods 88 gadi (jaudas zudums 0,78% gadā) ar ļoti stabila izotopa 234 U veidošanos. Plutonijs-238 ir gandrīz tīrs alfa izstarotājs, padarot to par vienu no drošākajiem radioaktīvajiem izotopiem ar minimālām bioloģiskās ierobežošanas prasībām. Tomēr salīdzinoši tīra 238 izotopa ražošanai ir jādarbojas ar īpašiem reaktoriem, kas padara to dārgu.

Stroncijs-90 plaši izmanto padomju un amerikāņu ražošanas zemes RTG. Divu β-sabrukumu ķēde dod kopējo enerģiju 2,8 MEV (viens grams dod ~ 0,46 W). Pusperiods 29 gadi ar stabilas veidošanos ⁹⁰ Zr. Stroncijs-90 lielos daudzumos tiek iegūts no izlietotās kodoldegvielas no kodolreaktoriem. Šī izotopa lētums un pārpilnība nosaka tā plašo izmantošanu zemes iekārtās. Atšķirībā no plutonija, stroncijam ir ievērojams ļoti caurlaidīga jonizējošā starojuma līmenis, kas izvirza salīdzinoši augstas prasības bioloģiskajam ekranējumam.

Pastāv subkritisko RTG koncepcija. Subkritiskais ģenerators sastāv no neitronu avota un skaldāmā materiāla. Neitronus no avota uztver skaldāmās vielas atomi un izraisa to skaldīšanu. Šāda ģeneratora galvenā priekšrocība ir tāda, ka reakcijas ar neitronu uztveršanu sabrukšanas enerģija var būt daudz lielāka nekā spontānas skaldīšanas enerģija. Piemēram, plutonija gadījumā tas ir 200 MeV pretstatā 6 MeV spontānai skaldīšanai. Attiecīgi nepieciešamais vielas daudzums ir daudz mazāks. Arī sabrukšanas gadījumu skaits un radiācijas aktivitāte siltuma izdalīšanās ziņā ir mazāka. Tas samazina ģeneratora svaru un izmērus.

Zemes RTG Krievijā

Padomju laikā uz zemes tika izgatavotas 1007 RTG. Gandrīz visi no tiem tika izgatavoti, pamatojoties uz stroncija-90 (RIT-90) izotopu. Degvielas elements ir izturīga, noslēgta, metināta kapsula, kas satur izotopu. Tika ražoti vairāki RIT-90 varianti ar dažādu izotopu daudzumu. RTG bija aprīkots ar vienu vai vairākām RIT kapsulām, starojuma aizsargu (bieži vien uz noplicināta urāna bāzes), termoelektrisko ģeneratoru, dzesēšanas radiatoru, noslēgtu korpusu un elektriskām ķēdēm. Padomju Savienībā ražoto RTG veidi:

Tips	Sākotnējā aktivitāte, kCi	Siltuma jauda, ​​W	Elektriskā jauda, ​​W	Efektivitāte, %	Svars, kg	Izdošanas sākuma gads
Ēteris-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 (Angļu) krievu valoda	36	230	10	4,35	560	1978
Gongs	47	315	18	5,714	600	1983
Rags	185	1100	60	5,455	1050	1983
IEU-2M	116	690	20	2,899	600	1985
Senostavs	288	1870	-	-	1250	1989
IEU-1M	340	2200	120	5,455	2100	1990

Instalāciju kalpošanas laiks var būt 10-30 gadi, lielākā daļa no tiem ir beidzies. RTG rada potenciālas briesmas, jo tas atrodas neapdzīvotā vietā, un to var nozagt un pēc tam izmantot kā netīru bumbu. Fiksēti gadījumi, kad RTG mednieki demontējuši krāsaino metālu dēļ, savukārt paši zagļi saņēmuši nāvējošu starojuma devu.

Šobrīd to demontāžas un iznīcināšanas process notiek Starptautiskās Atomenerģijas aģentūras uzraudzībā un ar ASV, Norvēģijas un citu valstu finansējumu. Līdz 2011. gada sākumam bija demontēti 539 RTG. Uz 2012. gadu darbojas 72 RTG, 3 ir pazuduši, 222 atrodas noliktavā, 31 atrodas utilizācijas procesā. Antarktīdā tika darbinātas četras iekārtas.

Tā vietā vairs netiek ražoti jauni RTG navigācijas vajadzībām, tiek uzstādītas vēja elektrostacijas un fotoelektriskie pārveidotāji un dažos gadījumos dīzeļģeneratori. Šīs ierīces sauc par APS (alternatīvajiem barošanas avotiem). Sastāv no saules paneļa (vai vēja ģeneratora), kas ir bez apkopes komplekta baterijas, LED bāka (apļveida vai salokāma), programmējama elektroniska vienība, kas nosaka bākas darbības algoritmu.

Prasības RTG projektēšanai

PSRS prasības RTG noteica GOST 18696-90 “Radionuklīdu termoelektriskie ģeneratori. Veidi un izplatīti tehniskajām prasībām" un GOST 20250-83 “Termoelektriskie radionuklīdu ģeneratori. Pieņemšanas noteikumi un pārbaudes metodes."

Incidenti ar RTG NVS

datums	Vieta
1983, marts	Nutevgi rags, Čukotka	Smags RTG bojājums ceļā uz uzstādīšanas vietu. Negadījuma faktu slēpa darbinieki, un to atklāja Gosatomnadzor komisija 1997. gadā. 2005. gadā šī RTG tika pamesta un palika Nutevgi ragā. No 2012. gada visas RTG ir izņemtas no Čukotkas autonomā apgabala.
1987	Nizkiy rags, Sahalīnas apgabals.	Pārvadāšanas laikā helikopters Okhotskas jūrā nometa PSRS Aizsardzības ministrijai piederošo IEU-1 tipa RTG. No 2013. gada meklēšanas darbi turpinās ar pārtraukumiem.
1997	Tadžikistāna, Dušanbe	Trīs RTG, kurām beidzies derīguma termiņš, tika glabātas, nezināmu personu izjauktas ogļu noliktavā Dušanbes centrā, un tuvumā tika fiksēts palielināts gamma fons.
1997, augusts	Marijas rags, Sahalīnas apgabals.	Pārvadāšanas laikā helikopters nometa Okhotskas jūrā IEU-1 tipa RTG, kas palika apakšā 25-30 m dziļumā. Pēc 10 gadiem tas tika pacelts un nosūtīts iznīcināšanai.
1998, jūlijs	Korsakova osta, Sahalīnas apgabals.	Krievijas Aizsardzības ministrijai piederošs RTG tika atrasts izjaukts metāllūžņu savākšanas punktā.
1999	Ļeņingradas apgabals.	RTG izlaupīja krāsaino metālu mednieki. Radioaktīvs elements (fons tuvu - 1000 R/h) tika atrasts autobusa pieturā Kingisepas pilsētā.
2000	Baranihas rags, Čukotka	Dabiskais fons ierīces tuvumā tika pārsniegts vairākas reizes RTG darbības traucējumu dēļ.
2001, maijs	Kandalakšas līcis, Murmanskas apgabals.	No salas bākām tika nozagti 3 radioizotopu avoti, kas tika atklāti un nosūtīti uz Maskavu.
2002, februāris	Rietumu Džordžija	Lijas ciema apgabalā, Tsalenjikha rajonā vietējie iedzīvotāji tika atrasti divi RTG, kurus viņi izmantoja kā siltuma avotus un pēc tam demontēja. Rezultātā vairāki cilvēki saņēma lielas starojuma devas.
2003	O. Nuneangana, Čukotka	Konstatēts, ka ierīces ārējais starojums 5 reizes pārsniedza pieļaujamās robežas tās konstrukcijas nepilnību dēļ.
2003	O. Vrangels, Čukotka	Piekrastes erozijas dēļ šeit uzstādītais RTG iekrita jūrā, kur to aizskaloja augsne. 2011. gadā piekrasti izskaloja vētra. Ierīces aizsardzība pret radiāciju nav bojāta. 2012. gadā tas tika izņemts no Čukotkas autonomā apgabala teritorijas.
2003	Šalaurova rags Izba, Čukotka	Fona starojums instalācijas tuvumā bija 30 reizes lielāks RTG konstrukcijas defekta dēļ.
2003, marts	Pihlisārs, Ļeņingradas apgabals.	RTG izlaupīja krāsaino metālu mednieki. Radioaktīvais elements tika izlaists uz ledus virsmas. Karstā kapsula ar stronciju, izkausējusi ledu, nogrima dibenā, blakus bija 1000 R/h. Drīz vien kapsula tika atrasta 200 m no bākas.
2003, augusts	Šmidtovskas rajons, Čukotka	Pārbaudē netika konstatēts RTG tips "Beta-M" Nr.57 uzstādīšanas vietā pie Kyvekvyn upes; Pēc oficiālās versijas tika pieļauts, ka RTG spēcīgas vētras rezultātā ieskalota smiltīs vai arī nozagta.
2003, septembris	Golets sala, Baltā jūra	Ziemeļu flotes darbinieki Golets salā atklāja metāla zādzību no RTG bioloģiskā vairoga. Uzlauztas arī durvis bākas telpai, kur glabājās viens no jaudīgākajiem RTG ar sešiem RIT-90 elementiem, kuri netika nozagti.
2003, novembris	Kolas līcis, Olenjas līcis un Dienvidu Gorjačinska sala	Divas Ziemeļu flotei piederošās RTG izlaupīja krāsaino metālu mednieki, un tuvumā tika atrasti to elementi RIT-90.
2004	Priozerska, Kazahstāna	Sešu RTG nesankcionētas demontāžas rezultātā radās avārijas situācija.
2004, marts	lpp., Valentīns, Primorskas apgabals	RTG, kas pieder Klusā okeāna flotei, tika atrasts izjaukts, šķietami krāsaino metālu mednieki. Netālu tika atklāts radioaktīvais elements RIT-90.
2004. gada jūlijs	Noriļska	Militārās vienības teritorijā tika atklāti trīs RTG, kuru dozas jauda 1 m attālumā no kurām bija 155 reizes lielāka par dabisko fonu.
2004. gada jūlijs	Navarina rags, Čukotka	Nezināmas izcelsmes RTG korpusa mehāniski bojājumi, kā rezultātā notika spiediena pazemināšanās un izkrita daļa radioaktīvās degvielas. Avārijas RTG likvidācijai izņemta 2007.gadā, piegulošās teritorijas skartās teritorijas dekontaminētas.
2004. gada septembris	Land Bunge, Jakutija	Divu transportētu RTG avārijas atbrīvošana no helikoptera. Trieciena ar zemi rezultātā tika apdraudēta korpusu radiācijas aizsardzības integritāte, gamma starojuma dozas jauda trieciena vietas tuvumā bija 4 mSv/h.
2012	O. Lišnijs, Taimirs	Gong projekta RTG uzstādīšanas vietā tika atklāti tā fragmenti. Tiek pieņemts, ka ierīce tika izskalota jūrā.

Skatīt arī

Piezīmes

1. Konstantīns Lantratovs. Plutons ir kļuvis tuvāks (krievu val.) // Laikraksts Kommersant: raksts. - Kommersant, 2006. - Izdevums. 3341. - Nr.10.
2. Aleksandrs Sergejevs. Zonde uz Plutonu: nevainojams sākums lielam ceļojumam (krievu valodā). - Elements.Ru, 2006.
3. Timošenko, Aleksejs Kosmosa laikmets — izrādījās, ka cilvēks nav vajadzīgs (krievu val.) (nepieejama saite - stāsts) . gzt.ru (2010. gada 16. septembris). Iegūts 2010. gada 22. oktobrī. Arhivēts 2010. gada 19. aprīlī.
4. Tīras zinātnes enerģija: strāva no kolidera (krievu val.) // fizikas arXiv emuārs Populāra mehānika: raksts. - 12.08.10.
5. NASA veica pirmo jaunā Marsa rovera (krievu val.) testa braucienu. Lenta.ru (2010. gada 26. jūlijs). Iegūts 2010. gada 8. novembrī. Arhivēts 2012. gada 3. februārī.
6. Ajay K. Misra. Pārskats par NASA programmu radioizotopu energosistēmu izstrādei ar lielu īpatnējo jaudu // NASA/JPL: pārskats. - Sandjego, Kalifornija, 2006. gada jūnijs.
7. Pasaules Informācijas Pakalpojums Enerģētika.  Aļaskā ugunsgrēks apdraud gaisa spēku kodolieročus.
8. Drits M. E. et al. Elementu īpašības. - Katalogs. - M.: Metalurģija, 1985. - 672 lpp. - 6500 eksemplāru.
9. Venkateswara Sarma Mallela, V Ilankumaran, N.Srinivasa Rao. Sirds elektrokardiostimulatoru bateriju tendences // Indian Pacing Electrophysiol J: raksts. - 2004. gada 1. oktobris. - Iss. 4 . - Nē. 4 .
10. Plutonijs Powered Pacemaker  (1974) (angļu valodā). Oak Ridge Associated Universitys (2009. gada 23. marts). Skatīts 2011. gada 15. janvārī.

Tā sagadījās, ka sērijā “Peaceful Space Atom” mēs virzāmies no fantastiskā uz plaši izplatīto. Iepriekšējā reizē, kad mēs runājām par spēka reaktoriem, acīmredzamais nākamais solis ir runāt par radioizotopu reaktoriem. termoelektriskie ģeneratori. Nesen vietnē Habré bija lielisks ieraksts par Cassini zondes RTG, un mēs aplūkosim šo tēmu no plašāka skatu punkta.

Procesa fizika

Siltuma ražošana

Atšķirībā no kodolreaktora, kurā tiek izmantota kodolķēdes reakcijas parādība, radioizotopu ģeneratori izmanto radioaktīvo izotopu dabisko sabrukšanu. Atcerieties, ka atomi sastāv no protoniem, elektroniem un neitroniem. Atkarībā no neitronu skaita konkrēta atoma kodolā, tas var būt stabils vai tam var būt tendence uz spontānu sabrukšanu. Piemēram, kobalta atoms 59 Co ar 27 protoniem un 32 neitroniem kodolā ir stabils. Šo kobaltu cilvēce ir izmantojusi kopš Senās Ēģiptes laikiem. Bet, ja 59 Co pievienojam vienu neitronu (piemēram, ieliekot kodolreaktorā “parasto” kobaltu), mēs iegūstam 60 Co, radioaktīvu izotopu ar pussabrukšanas periodu 5,2 gadi. Termins “pusperiods” nozīmē, ka pēc 5,2 gadiem viens atoms sadalīsies ar 50% varbūtību un paliks apmēram puse simts atomu. Visiem "parastajiem" elementiem ir savi izotopi ar dažādiem pussabrukšanas periodiem:

3D izotopu karte, paldies LJ lietotāju crustgroup par attēlu.

Izvēloties piemērotu izotopu, iespējams iegūt RTG ar nepieciešamo kalpošanas laiku un citiem parametriem:

Izotops	Iegūšanas metode	Īpatnējā jauda, ​​W/g	Tilpuma jauda, ​​W/cm³	Pus dzīve	Integrētā izotopu sabrukšanas enerģija, kWh/g	Izotopu darba forma
60 Co (kobalts-60)	Apstarošana reaktorā	2,9	~26	5271 gads	193,2	Metāls, sakausējums
238 Pu (plutonijs-238)	atomreaktors	0,568	6,9	86 gadus vecs	608,7	Plutonija karbīds
90 Sr (stroncijs-90)	skaldīšanas fragmenti	0,93	0,7	28 gadi	162,721	SrO, SrTiO 3
144 Ce (cērijs-144)	skaldīšanas fragmenti	2,6	12,5	285 dienas	57,439	CeO2
242 cm (kūrijs-242)	atomreaktors	121	1169	162 dienas	677,8	Cm2O3
147 pm (prometijs-147)	skaldīšanas fragmenti	0,37	1,1	2,64 gadi	12,34	Pm 2 O 3
137 Cs (cēzijs-137)	skaldīšanas fragmenti	0,27	1,27	33 gadi	230,24	CsCl
210 Po (polonijs-210)	bismuta apstarošana	142	1320	138 dienas	677,59	sakausējumi ar svinu, itriju, zeltu
244 cm (kūrijs-244)	atomreaktors	2,8	33,25	18,1 gadi	640,6	Cm2O3
232 U (urāns-232)	torija apstarošana	8,097	~88,67	68,9 gadi	4887,103	urāna dioksīds, karbīds, nitrīds
106 Ru (rutēnijs-106)	skaldīšanas fragmenti	29,8	369,818	~371,63 dienas	9,854	metāls, sakausējums

Fakts, ka izotopi sadalās neatkarīgi, nozīmē, ka RTG nevar kontrolēt. Kad tas ir piepildīts ar degvielu, tas uzkarst un gadiem ilgi ražos elektrību, pakāpeniski noārdoties. Samazinot skaldāmo izotopu daudzumu, samazināsies kodolieroču sabrukšana, būs mazāk siltuma un elektrības. Turklāt elektriskās jaudas samazināšanos pasliktinās elektriskā ģeneratora noārdīšanās.
Ir RTG vienkāršota versija, kurā izotopu sabrukšanu izmanto tikai apkurei, neradot elektrību. Šo moduli sauc par sildīšanas vienību vai RHG (radioizotopu siltuma ģeneratoru).

Siltuma pārvēršana elektrībā

Tāpat kā kodolreaktora gadījumā, mēs iegūstam siltumu, kas kaut kādā veidā jāpārvērš elektroenerģijā. Šim nolūkam varat izmantot:

• Termoelektriskais pārveidotājs. Savienojot divus vadītājus no dažādi materiāli(piemēram, hromelis un alumelis) un apsildot vienu no tiem, jūs varat iegūt elektrības avotu.
• Termioniskais pārveidotājs. Šajā gadījumā tiek izmantota vakuuma caurule. Tās katods uzsilst, un elektroni saņem pietiekami daudz enerģijas, lai “pārlēktu” uz anodu, radot elektrisko strāvu.
• Termofotoelektriskais pārveidotājs. Šajā gadījumā siltuma avotam ir pievienots fotoelements, kas darbojas infrasarkanajā diapazonā. Siltuma avots izstaro fotonus, kurus uztver fotoelements un pārvērš elektrībā.
• Sārmu metālu termoelektriskais pārveidotājs. Šeit izmanto elektrolītu, kas izgatavots no izkausēta nātrija un sēra sāļiem, lai pārvērstu siltumu elektroenerģijā.
• Stirlinga dzinējs - siltuma dzinējs pārvērst temperatūras starpību mehāniskā darbā. Elektrību iegūst no mehāniskā darba, izmantojot kādu ģeneratoru.

Stāsts

Pirmais eksperimentālais radioizotopu enerģijas avots tika ieviests 1913. gadā. Bet tikai no 20. gadsimta otrās puses, izplatoties kodolreaktoriem, kuros izotopus varēja ražot rūpnieciskā mērogā, RTG sāka aktīvi izmantot.

ASV

ASV ar RTG nodarbojās organizācija SNAP, kas jums jau bija pazīstama no iepriekšējā ieraksta.
SNAP-1.
Tas bija eksperimentāls RTG, kas izmantoja 144 Ce un Rankine cikla ģeneratoru (tvaika dzinēju) ar dzīvsudrabu kā dzesēšanas šķidrumu. Ģenerators uz Zemes veiksmīgi darbojās 2500 stundas, taču kosmosā nelidoja.

SNAP-3.
Pirmais RTG, kas lidoja kosmosā ar Transit 4A un 4B navigācijas satelītiem. Enerģijas jauda 2 W, svars 2 kg, lietots plutonijs-238.

Sentry
RTG meteoroloģiskajam satelītam. Enerģijas jauda 4,5 W, izotops - stroncijs-90.

SNAP-7.
Uz zemes izvietotu RTG saime bākugunīm, gaismas bojām, meteoroloģiskām stacijām, skaņas bojām un tamlīdzīgiem priekšmetiem. Ļoti lieli modeļi, svars no 850 līdz 2720 kg. Enerģijas jauda - desmitiem vatu. Piemēram, SNAP-7D - 30 W ar svaru 2 tonnas.

SNAP-9
Sērijas RTG tranzīta navigācijas satelītiem. Svars 12 kg, elektriskā jauda 25 W.

SNAP-11
Eksperimentāls RTG Surveyor Mēness nolaišanās stacijām. Tika ierosināts izmantot izotopu curium-242. Elektriskā jauda - 25 W. Nav izmantots.

SNAP-19
Sērijas RTG, ko izmanto daudzās misijās - Nimbus meteoroloģiskie pavadoņi, Pioneer zondes -10 un -11, Viking Marsiešu nolaišanās stacijas. Izotops - plutonijs-238, enerģijas jauda ~40 W.

SNAP-21 un -23
RTG zemūdens lietošanai, izmantojot stronciju-90.

SNAP-27
RTG Apollo programmas zinātnisko iekārtu darbināšanai. 3,8 kg. plutonija-238 enerģijas jauda bija 70 W. Mēness zinātniskais aprīkojums tika izslēgts tālajā 1977. gadā (cilvēkiem un iekārtām uz Zemes bija vajadzīga nauda, ​​taču tās nebija pietiekami). RTG 1977. gadā ražoja no 36 līdz 60 W elektroenerģijas.

MHW-RTG
Nosaukums nozīmē "vairāku simtu vatu RTG". 4,5 kg. plutonijs-238 radīja 2400 W siltuma jaudu un 160 W elektrisko jaudu. Šie RTG tika uzstādīti uz Linkolnas eksperimentālajiem satelītiem (LES-8,9), un tie nodrošina siltumu un elektrību Voyagers 37 gadus. 2014. gadā RTG nodrošina aptuveni 53% no sākotnējās jaudas.

GPHS-RTG
Visspēcīgākais no kosmosa RTG. 7,8 kg plutonija-238 nodrošināja 4400 W siltuma jaudu un 300 W elektrisko jaudu. Izmanto zondēs Ulysses, Galileo, Cassini-Huygens un lido uz Plutonu uz New Horizons.

MMRTG
RTG zinātkārei. 4 kg plutonija-238, 2000 W siltuma jauda, ​​100 W elektriskā jauda.


Silts plutonija lampas kubs.

ASV RTG ar laika norādi.

Kopsavilkuma tabula:

Vārds	Multivide (daudzums ierīcē)	Maksimālā jauda		Izotops	Degvielas svars, kg	Kopējais svars, kg
		Elektriskais, W	Termiskā, W
MMRTG	MSL/Curiosity rover	~110	~2000	238 Pu	~4	<45
GPHS-RTG	Cassini (3), New Horizons (1), Galileo (2), Ulysses (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	Tranzīts 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 modifikācija	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

PSRS/Krievija

Kosmosa RTG bija maz PSRS un Krievijā. Pirmais eksperimentālais ģenerators bija Limon-1 RTG uz polonija-210 bāzes, kas tika izveidots 1962.

.

Pirmie kosmosa RTG bija Orion-1 ar elektrisko jaudu 20 W uz polonija-210 un tika palaisti uz Strela-1 sērijas sakaru satelītiem - Kosmos-84 un Kosmos-90. Apkures vienības tika uzstādītas uz Lunokhods -1 un -2, un RTG tika uzstādīts uz Mars-96 misijas:

Tajā pašā laikā RTG tika ļoti aktīvi izmantotas bākās, navigācijas bojās un citās uz zemes izvietotās iekārtās - BETA, RTG-IEU sērijās un daudzās citās.

Dizains

Gandrīz visi RTG izmanto termoelektriskos pārveidotājus, un tāpēc tiem ir vienāds dizains:

Izredzes

Visi lidojošie RTG izceļas ar ļoti zemu efektivitāti - parasti elektriskā jauda ir mazāka par 10% no siltumenerģijas. Tāpēc 21. gadsimta sākumā NASA uzsāka ASRG projektu - RTG ar Stirlinga dzinēju. Bija sagaidāms efektivitātes pieaugums līdz 30% un 140 W elektriskā jauda ar 500 W siltuma jaudu. Diemžēl 2013. gadā projekts tika apturēts izmaksu pārsniegšanas dēļ. Bet teorētiski efektīvāku siltuma-elektrības pārveidotāju izmantošana var nopietni palielināt RTG efektivitāti.

Priekšrocības un trūkumi

Priekšrocības:

1. Ļoti vienkāršs dizains.
2. Tas var darboties gadiem un gadu desmitiem, pakāpeniski degradējoties.
3. Var vienlaikus izmantot apkurei un elektroapgādei.
4. Nav nepieciešama vadība vai uzraudzība.

Trūkumi:

1. Kā degviela nepieciešami reti un dārgi izotopi.
2. Degvielas ražošana ir sarežģīta, dārga un lēna.
3. Zema efektivitāte.
4. Jauda ir ierobežota līdz simtiem vatu. RTG ar kilovatu elektrisko jaudu jau ir slikti pamatota megavatu RTG ir praktiski bezjēdzīga: tas būs pārāk dārgs un smags.

Šādu priekšrocību un trūkumu kombinācija nozīmē, ka RTG un siltummezgli ieņem savu nišu kosmosa enerģētikā un turpinās to darīt. Tie ļauj vienkārši un efektīvi sildīt un darbināt starpplanētu kosmosa kuģus ar elektrību, taču no tiem nevajadzētu gaidīt nekādu enerģētisko izrāvienu.

Avoti

Papildus Wikipedia tika izmantots:

• Referāts "Kosmosa kodolenerģija: galīgā horizonta atvēršana".
• Tēma “Iekšzemes RTG” sadaļā “Kosmonautikas ziņas”.

Tagi:

• RTG
• MKA

Pievienojiet atzīmes RTG(radioizotopu termoelektriskais ģenerators) - radioizotopu elektroenerģijas avots, kas izmanto siltumenerģiju, kas izdalās radioaktīvo izotopu dabiskās sabrukšanas laikā, un pārvērš to elektroenerģijā, izmantojot termoelektrisko ģeneratoru.

Salīdzinājumā ar kodolreaktoriem, kas izmanto ķēdes reakciju, RTG ir daudz kompaktāki un vienkāršāki pēc konstrukcijas. RTG izejas jauda ir ļoti zema (līdz vairākiem simtiem vatu) ar zemu efektivitāti. Bet tiem nav kustīgu detaļu, un tiem nav nepieciešama apkope visā to kalpošanas laikā, kas var būt desmitiem gadu.

Pieteikums

Kosmosa kuģa New Horizons RTG

RTG parasti ir vispiemērotākais enerģijas avots autonomām sistēmām, kurām nepieciešami desmitiem līdz simtiem vatu ar ļoti ilgu darbības laiku, kas ir pārāk garš degvielas elementiem vai akumulatoriem.

Kosmosā

Kosmosa kuģī Cassini-Huygens izmantotā RTG diagramma

RTG ir galvenais enerģijas avots misijām, kurām ir ilga misija un kuras atrodas ļoti tālu (piemēram, Voyager 2 vai Cassini-Huygens), kur saules paneļu izmantošana ir neefektīva vai neiespējama.

Plutonijs-238 2006. gadā, zondes New Horizons palaišanas laikā, atrada to kā enerģijas avotu kosmosa kuģu aprīkojumam. Radioizotopu ģenerators saturēja 11 kg augstas tīrības pakāpes 238 Pu dioksīda, kas visā brauciena laikā saražoja vidēji 220 W elektroenerģijas (240 W brauciena sākumā un, pēc aprēķiniem, 200 W beigās).