Najbardziej egzotyczne paliwo świata. Kilka kostek kosztuje dziesiątki milionów dolarów [TAKA CIEKAWOSTKA]

Najnowszy łazik NASA wysłany na Marsa jest napędzany w jeden z najbardziej unikalnych sposobów znanych ludzkości. Osiem kostek specjalnego izotopu plutonu, ważących razem 4,8 kilograma, pozwoli mu działać wiele lat. To bardzo egzotyczne i bardzo drogie paliwo. Wyprodukowanie tego, które jest na pokładzie łazika, mogło kosztować około 80 milionów dolarów. Dzisiaj już tylko Amerykanie to potrafią.

Łazik Perserverance rozpoczął swoją podróż na Marsa w czwartek. Posłała go w kosmos rakieta Atlas V, odpalona z Przylądka Canaveral. Jeśli wszystko pójdzie z planem, łazik dotrze do celu w połowie lutego przyszłego roku. Na Marsie ma przede wszystkim szukać śladów życia. Jego bardzo podobny poprzednik, łazik Curiosity, robi to już od 2012 roku i nic nie zapowiada, aby szybko skończył.

Energia na dziesiątki lat

Możliwość tak długiego działania to zasługa źródła zasilania, czyli tak zwanych generatorów radioizotopowych (RTG, od angielskiego Radioisotope Thermoelectric Generator). To w nich spoczywają kostki zawierające pluton-238. Generatory są zupełnie niezależne od czynników zewnętrznych, w przeciwieństwie do baterii słonecznych. Łazikom nie są więc straszne nawiedzające Marsa potężne burze piaskowe, czy długie zimy ze skąpym nasłonecznieniem i niskimi temperaturami.

Generator używany w obu obecnych marsjańskich łazikach nazywa się MMRTG (Multi-Mission RTG - wielozadaniowy generator radioizotopowy). Zaprojektowano go w pierwszej dekadzie wieku, miał zastąpić starszy model SNAP-19. Tego używano między innymi w lądownikach marsjańskich Viking 1 i 2, czy sondach Pioneer, badających dalsze planety Układu Słonecznego. Dotychczas zbudowano tylko dwa MMRTG, oba na potrzeby marsjańskich łazików. Jeden generator waży 45 kilogramów. Zaprojektowano je z myślą o minimum 14 latach pracy. Mają być na tyle odporne, że nawet katastrofa rakiety podczas startu nie powinna doprowadzić do rozrzucenia po okolicy radioaktywnego plutonu. Kostki z paliwem, przynajmniej teoretycznie, powinny być w stanie przetrwać w całości i nie dopuścić do skażenia.

Energia w RTG jest generowana dzięki temu, że pu-238 podczas swojego naturalnego rozpadu wydziela dużo ciepła. Kostki go zawierające są wręcz czerwone od promieniowania. Owe ciepło jest przetwarzane przez generator w energię elektryczną, choć nie jest jej wiele. Moc RTG, zamontowanego na obu łazikach, kiedy są nowe, wynosi około 110 Watów. To tyle, ile zużywała jedna silna żarówka starego typu. Tyle jednak wystarcza, żeby napędzać ważące około tony łaziki. I to bardzo długo. Okres połowicznego rozpadu pu-238 wynosi 87,7 lat, czyli dopiero po tym czasie będzie wydzielał połowę początkowej energii. NASA nie podaje wyliczeń, jak długo mogą działać oba łaziki napędzane przez RTG, ale jeśli nic nie ulegnie poważnej awarii, a energia będzie oszczędzana, to nawet wiele dekad.

Ze względu na niezależność od otoczenia, bardzo długi okres działania i względną prostotę konstrukcji, a co za tym idzie niezawodność, RTG są idealne do napędzania urządzeń badających kosmos tam, gdzie dostęp do energii słonecznej jest problemem. W przeszłości zarówno USA jak i ZSRR używały RTG do zasilania licznych satelitów i sond kosmicznych. Na małą skalę używano ich też do zasilania latarni morskich i boi umieszczonych na odległych obszarach. CIA stosowało je do zasilania sprzętu szpiegowskiego umieszczonego w odludnych regionach. Dzisiaj RTG są używane właściwie tylko przez NASA i to na bardzo małą skalę. Problem w tym, że paliwo do nich stało się niezwykle rzadkim dobrem.

Wideo pokazujące między innymi proces tworzenia RTG na potrzeby łazika Perserverance. W tym kostki paliwowe

 

Jeden reaktor na świecie

Odpowiednie materiały promieniotwórcze do RTG wytwarzano podczas zimnej wojny na dużą skalę. Były bowiem produktem ubocznym przy wytwarzaniu materiałów rozszczepialnych, niezbędnych do konstruowania wojskowych ładunków jądrowych. Wraz z zakończeniem zimnej wojny produkcja została jednak wygaszona. W USA zdecydowana większość pu-238 powstała w reaktorach kompleksu Savannah River, gdzie głównym produktem był pu-239, używany w broni jądrowej. Po wyłączeniu ostatniego reaktora w 1988 roku Amerykanie mogli liczyć tylko na to, co już mieli w zapasie. Większość jest przeznaczona na potrzeby sił zbrojnych i konkretna ilość stanowi tajemnicę. Dla NASA zostało kilkanaście kilogramów. Od początku wiedziano, że na długo to nie wystarczy i przez pewien czas ratowano się kupowaniem zapasów poradzieckich.

To źródełko jednak również wyschło na początku wieku. Około dekady temu zaczęto więc na poważnie zastanawiać się, co dalej. W pewnych zastosowaniach NASA nie ma alternatywy dla RTG i pu-238. Pojawiło się ryzyko, że jego brak może skutecznie uniemożliwić wysyłanie sond badawczych w odległe od Słońca rejony Układu Słonecznego. Udało się więc przekonać Waszyngton do sfinansowania wznowienia produkcji tego wyjątkowo cennego izotopu. W 2013 ruszyła na małą skalę w zakładach Oak Ridge (pierwotnie główne centrum wzbogacania uranu na potrzeby wojskowe), w jednym z tamtejszych reaktorów badawczych. Początkowo produkcja wynosiła 50 gramów rocznie. Dokonano jednak ulepszeń i proces stał się znacznie wydajniejszy. Obecnie powstaje około pół kilograma rocznie, a w połowie dekady ma zostać osiągnięte 1,5 kilograma rocznie. Tyle ma według NASA wystarczyć do zapewnienia stabilnego zapasu pu-238 dla przyszłych misji.

Cały proces uruchomienia produkcji kosztował w ciągu minionej dekady około 150 milionów dolarów. NASA nie podaje, ile kosztuje kilogram paliwa do RTG. Jednak według raportu amerykańskiego odpowiednika NIK, GAO, jest to 77 milionów dolarów za ładunek do jednego generatora w rodzaju tych, które znajdują się na pokładzie łazików. Czyli około 16 milionów dolarów za kilogram. Wyprodukowanie jednego generatora to 109 milionów dolarów. Mają to być jednak dobrze wydane pieniądze. Według NASA całe spektrum technologii niezbędnych do wytwarzania i używania RTG ma "krytyczne" znaczenie dla eksploracji kosmosu i jest efektem pół wieku badań oraz wydania miliardów dolarów.