بلوتونيوم الفضاء: الولايات المتحدة تنتج الوقود مرة أخرى لبعثات الفضاء السحيق
يعد إنتاج 50 جرامًا من البلوتونيوم 238 علامة فارقة عندما يتعلق الأمر بتشغيل بعثات الفضاء السحيق. (رصيد الصورة: مختبر أوك ريدج الوطني)
لأول مرة منذ 30 عامًا ، أنتجت الولايات المتحدة نظيرًا من نظير البلوتونيوم الذي يشغل مهام ناسا في الفضاء السحيق.
تم إنتاج ما مجموعه 50 جرامًا من البلوتونيوم 238 في مختبر أوك ريدج الوطني التابع لوزارة الطاقة (DOE) في ولاية تينيسي ، في أول عرض توضيحي شامل لإنتاج المواد في الولايات المتحدة منذ أواخر الثمانينيات. الكمية الصغيرة هي الخطوة الأولى في إنتاج مصدر الطاقة للبعثات المستقبلية مثل روفر مارس 2020 والمشتري الأوروبي أوربيتر.
قال بوب وام ، قائد مشروع البلوتونيوم 238 في ORNL: 'بمجرد أن نتمكّن من أتمتة العملية وتوسيع نطاقها ، ستمتلك الأمة قدرة بعيدة المدى لإنتاج أنظمة طاقة بالنظائر المشعة مثل تلك التي تستخدمها ناسا لاستكشاف الفضاء السحيق'. في بيان من ORNL. [ فيديو: الولايات المتحدة تصنع البلوتونيوم 238 لاستكشاف الفضاء العميق ]
اليوم ، يوجد ما يكفي من البلوتونيوم فقط لتلبية متطلبات مهمة الكواكب لوكالة ناسا حتى عام 2030. ستبدأ وزارة الطاقة بتزويد ناسا بـ 300 إلى 400 جرام من المادة سنويًا. وقال البيان إنه بمجرد توسيع نطاق العملية ، ستزود وزارة الطاقة وكالة الفضاء بمتوسط 1.5 كيلوجرام كل عام.
يعد إنتاج 50 جرامًا من البلوتونيوم 238 علامة فارقة عندما يتعلق الأمر بتشغيل بعثات الفضاء السحيق.(رصيد الصورة: مختبر أوك ريدج الوطني)
استكشاف النظام الشمسي
لأكثر من 50 عامًا ، حملت مسابير الفضاء السحيق الروبوتية التابعة لناسا بطاريات نووية. انظر كيف يعملون هنا.(رصيد الصورة: كارل تيت ، مساهم في موقع ProfoundSpace.org)
يمكن أن تعتمد الأقمار الصناعية والبعثات بالقرب من الأرض على الطاقة الشمسية أو البطاريات الكيميائية لإبقائها على قيد الحياة لسنوات ، ولكن في عوالم الفضاء البعيدة ، تكون أشعة الشمس خافتة للغاية ودرجات حرارة شديدة للغاية للحفاظ على حركة الأشياء. تتطلب المهمات مثل مركبة الفضاء نيو هورايزونز التابعة لوكالة ناسا ، والتي حلقت فوق بلوتو في يوليو من هذا العام ، مصدرًا آخر.
البلوتونيوم 238 هو نظير ، مما يعني أنه يحتوي على عدد من النيوترونات يختلف عن عدد البروتونات في نواته. البلوتونيوم معدن فضي-أبيض أكثر كثافة من الماء بحوالي 20 مرة ، ومن خلال التحلل الإشعاعي الطبيعي ، ينبعث منه حرارة ثابتة. عند استخدام هذه الحرارة لتشغيل مركبة فضائية ، تتم معالجة البلوتونيوم في صورة خزفية ؛ في حالة فشل الإطلاق أو حادث إعادة الدخول ، سيتكسر السيراميك إلى قطع كبيرة بدلاً من تشتيت الجزيئات الدقيقة في الغلاف الجوي. المواد غير مناسبة للتسليح.
وقال بيان من ORNL إنه تم اليوم تخصيص 35 كيلوجرامًا فقط من البلوتونيوم 238 لمهام ناسا. كمية البلوتونيوم 238 القابلة للاستخدام في هذا العرض كافية فقط لتشغيل مهمتين إلى ثلاث بعثات ناسا المقترحة حتى منتصف عام 2020. يتطلب إنجاز المهام الروبوتية المحددة في المسح العقدي لعلوم الكواكب لعام 2011 - بما في ذلك مهمة أوروبا لزيارة القمر الجليدي للمشتري - 38 كجم.
استخدمت تسع بعثات ناسا حتى الآن أنظمة طاقة النظائر المشعة (RPS) ، بما في ذلك Pioneer و Voyager. روفر كيوريوسيتي التابع لناسا ، تستكشف حاليًا سطح المريخ ، يستخدم البلوتونيوم للحفاظ على الطاقة في الليل. مهمة كاسيني التي تدور حول زحل وأقماره تستخدم المادة ل قم ببعض المناورات المذهلة . كما تم استخدام البلوتونيوم في 10 مركبات فضائية لإبقاء الأدوات والهياكل والأنظمة الموجودة على متنها دافئة.
مارس 2020 ، العربة الجوالة التي يأمل العلماء أن تزور الكوكب الأحمر وتجمع عينات لإعادتها إلى الأرض في وقت لاحق ، هي المهمة التالية المقرر استخدامها نظير البلوتونيوم ، على الرغم من عدم اتخاذ قرار رسمي بشأن مصدر الطاقة قبل عام 2019 ، وفقًا لتقرير ناسا . أشارت الدراسة نفسها ، التي أعدها مختبر الفيزياء التطبيقية في جامعة جونز هوبكنز في ماريلاند في يونيو الماضي ، إلى أن البلوتونيوم 238 سيظل الخيار التقني المفضل لمركبة فضائية تتطلب أقل من كيلو واط واحد من الطاقة الكهربائية. (استخدمت نيوهورايزونز أقل من خُمس ذلك).
انتاج الطاقة
في عام 2013 ، بدأت وكالة ناسا في تمويل مكتب الطاقة النووية التابع لوزارة الطاقة في محاولة منها إحياء قدرة القسم لصنع البلوتونيوم 238 ، وهي العملية التي انتهت عندما توقف موقع نهر سافانا في ساوث كارولينا عن إنتاجه في عام 1988.
يبدأ الإنتاج عندما يتم شحن النبتونيوم 237 من مكان تخزينه في مختبر أيداهو الوطني إلى أوك ريدج. هناك ، يخلط المهندسون مع الألمنيوم ويضغطون على المادة في كريات ، والتي يتم تشعيعها بعد ذلك بواسطة مفاعل النظائر عالية التدفق. يغير الإشعاع المادة إلى النبتونيوم 238 ، والذي يتحلل سريعًا إلى البلوتونيوم 238 ، وفقًا لـ البيان من ORNL .
يتم إذابة الكريات المشععة ، وتفصل عملية كيميائية البلوتونيوم عن بقايا النبتونيوم. يتم تحويل البلوتونيوم إلى أكسيد وشحنه إلى مختبر لوس ألاموس الوطني ، حيث سيتم تخزين المواد حتى يتم استدعاؤها للمهمة. يتم إعادة تدوير النبتونيوم المتبقي واستخدامه لإنتاج المزيد من البلوتونيوم 238.
مع استمرار تمويل وكالة ناسا ، ستبدأ العملية في إنتاج 300 إلى 400 جرام لكل مادة قبل توسيع نطاقها للوصول إلى هدف 1.5 كجم سنويًا.
وقال وام 'بهذا الإنتاج الأولي لأكسيد البلوتونيوم 238 ، أظهرنا أن عمليتنا تعمل ونحن مستعدون للانتقال إلى المرحلة التالية من المهمة'.
تابع نولا تايلور ريد على تويتر تضمين التغريدة أو + Google . تابعنا على تضمين التغريدة و موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك أو + Google . نُشر في الأصل في موقع guesswhozoo.com .
