Radioaktivní odpad na oběžné dráze a plutonium v kosmu
Publikoval(a): xChaos () 21. červenece 2008 16:19
Zobrazení 3127 z toho via RSS 209 Google 7
Rubrika: Kosmír a věda

Problematika kosmického smetí je obecně známá - málo se ale ví o tom, že na různých oběžných drahách kolem Země straší asi 44 radioaktivních objektů pocházejících z Ruska a 7 pocházejících z USA. A když už jsem tohle téma nakousl, tak ještě přihodím pár zajímavých útržků informací o tom, jak je to vlastně s plutoniovými termoelektrickými generátory...

Možná jste něco zaslechli o tom, že Rusko v 60. a 70. letech experimentálně provozovalo v kosmu malé jaderné reaktory. Nalezl jsem na toto téma na webu poměrně málo informací - ale to co jsem našel, se tváří poměrně seriózně.

Jednak jde o článek o komplexnosti problematiky tzv. kosmického smetí [www.spacemart.com], jednak jde o poměrně podrobný a do technických detailů zacházející článek vycházející z autentických pozorování ruských špionážních družic amatéry [www.svengrahn.pp.se]. Shrnutí by mohlo vypadat následovně:

1. Proč proboha potřeboval Brežněv pohánět svoje špionážní družice jadernou energií, když všem ostatním na to samé stačily solární panely ? Odpověď je prostá: šlo o radarové satelity, které měly za úkol zcela přesně monitorovat pohyby amerického vojenského loďstva za každého počasí. Tedy radar. Radar potřebuje hodně energie a co nejkratší vzdálenost. Tedy družice létaly co nejníže to šlo. Tedy solární panely o potřebné ploše (při tehdejší nízké účinnosti) by výrazně zkrátily jejich životnost, kvůli tření o atmosféru.
2. Proč byl použit malý jaderný reaktor, místo radioizotopových článků které používají sondy NASA ? Protože Rusové projevili alespoň určitou soudnost: plutonium je nejen radioaktivní, ale i toxické (odhady o míře toxicity se ale dost různí - nikdo to nechce moc zkoušet na sobě...), a nevyhnutelné zamoření atmosféry po zániku družice by byl skutečný zločin. A toto smutné prvenství si může připsat naopak Západ: v dubnu 1964 zanikla v atmosféře navigační družice Transit-SB a nad Indickým oceánem se rozptýlil asi kilogram of plutonia Pu-238. NASA od té doby používá plutoniové generátory pouze pouze na meziplanetárních sondách - a to jen tehdy, pokud jiná alternativa neexistuje.
3. Proč Rusové jádro reaktoru vystřelili po ukončení životnosti na vyšší oběžnou dráhu (alespoň tedy u těch družic, u kterých tento mechanismus neselhal) ? Opět pokus o alespoň trochu odpovědný přístup: šlo o snahu "uskladnit" jaderný odpad z reaktoru na dostatečně dlouhou dobu, aby jeho radioaktivita podstatně klesla a aby se snížilo riziko zamoření atmosféry a povrchu země. Ovšem šlo v podstatě též o PR nezbytnost: Rusové jednak celý program tajili, a případný dopad radioaktivních zbytů družice by byl mezinárodním skandálem. Jak je ale známo, tak nakonec stejně došlo k dopadu zbytků jedné družice z této série včetně reaktoru na kanadské území.
4. Co je nakonec největší problém, který po ruských jaderných extempore na oběžné dráze zbyl ? Paradoxně to nejsou jádra reaktorů, zaparkovaná na vysokých a předvídatelných oběžných drahách, na kterých vydrží nejspíš stovky let. Největším problém jsou kapičky radioaktivní chladicí kapaliny z primárního okruhu reaktoru, k jejichž nevyhnutelnému uvolnění došlo vždy při oddělení jádra reaktoru od satelitu.

A teď ještě něco o plutoniových termoelektrických generátorech, které jsou v kosmu používány přeci jen daleko častěji, než jaderné reaktory. Princip je nakonec podobný, který použili Rusové u svých mini-reaktůrků: samozřejmě nevystřelili na oběžnou dráhu celou jadernou elektrárnu i s parními turbínami a chladicími věžemi, ale zaměřili se na tzv. termoelektrický jev [cs.wikipedia.org]. Rozdíl je tedy přísně vzato jen v tom, čím "topíte pod kotlem" a jak dlouho vám to vydrží.

Před časem proběhla technologickými zpravodajskými kanály zpráva o tom, že v NASA dochází plutonium [www.nytimes.com]. To je ovšem poněkud zavádějící. V USA je plutonia samozřejmě až až - ale ne toho správného. Ono totiž není plutonium jako plutonium...

V daném článku se píše, že: The U.S. hasn't produced plutonium since 1988, instead preferring to purchase it from Russia - sic! - tohle teda asi tušil málokdo z nás, co ? :-) Ale celý problém je komplexnější, jak ukazuje následující výňatek z diskuze na Slashdotu) [science.slashdot.org]:

Hey all - there is a very important concept to this discussion that most don't seem to be aware of.

Pu239 is the isotope of plutonium that is used in weapons. It has a very long half life (~24,000 years) and works great in nuclear weapons since it releases neutrons when the nucleus breaks apart and those neutrons cause other nuclei to break apart as well in a massive chain reaction that releases huge amounts of energy. (Normal decay path is through alpha particle emission (helium nuclei))

Pu238 is the isotope used in thermoelectric energy generators. It has a relatively short half live of ~88 years. Because of the shorter half life, it is a lot more radioactive than Pu239. The nucleus spontaneously undergoes alpha decay and releases enough energy frequently enough that chunks of this isotope glow red from the heat.

The plutonium used in warheads cannot be used in thermoelectric generators and vice versa.

Geekové si samozřejmě nemohli odpustit uvést technologické podrobnosti, týkající se odlišného postupu při výrobě plutonia vhodného pro kosmické sondy vs. plutonia vhodného pro jaderné bomby:

Not entirely true. You operate the reactors and process the fuel rods differently, and I would assume load the fuel rods differently, depending on the isotope you want to make.

If you read the Global Security link I added, you will see. If you want to make predominately Pu239, you go with short run cycles so you don't get buildup of other, more radioactive isotopes, that make handling the fuel rods more problematic. You also want to use more U238 in the rods.

I would guess (as I don't know) that based on the Global Security article, if you want to make Pu238, you would start with more U235 in the rods and maybe run longer between reprocessing cycles.

It's interesting stuff.

To plutonium, které používá NASA pro výrobu elektřiny na sondách letících za oběžnou dráhy Jupitera, je tedy Pu-238 - nikoliv to, ze kterého si teroristé po celém světě staví kufříkové jaderné bomby... Ale ani to nemusí být do budoucna pravidlem - nejbližší chystaná mise k Jupiteru bude mít tentokrát solární články. Fotovoltaická technologie v posledních letech značně pokročila a naopak potřebného izotopu plutonia je k dispozici jen málo a jeho využívání vyvolává kontroverze: takže navzdory vzdálenosti od Slunce bude příští chystaná sonda k Jupiteru, Juno [en.wikipedia.org] poháněna solární energií.

Více na úvah na téma využití jaderné energie v kosmu přinesu v samostatném chystaném článku.

Všechny články v rubrice Kosmír a věda

Přezdívka
Ochrana proti spamerům

Komentář (nelze použít HTML, konce řádků budou zachovány)

Akce, plány, termíny Audio, video, písemno Dojmy a pocity Experience Globální vesnice HowKnow Hrobor a smrtor Kosmír a věda Linux a internet Nesmrtelní chrousti Pí-ár a spam Povídky a fikce Samohyby Slunce, vítr, voda Technologické úlety TečkaCZ U.R.Log Vyšší dívčí Y2K012 bug Zátoka Pirátů   Nejnovější komentáře Nejnovější články Nejčtenější v roce 2010 Nejčtenější v roce 2009 Nejčtenější v roce 2008 Nejčtenější v roce 2007 Nejčtenější v roce 2006 Nejčtenější v roce 2005 Nejčtenější v roce 2004 Nejčtenější v roce 2003 Nejčtenější v roce 2002 Nejdiskutovanější Všechny články Editorial, kontakt   Statistiky TečkyCZ RSS kanál TečkyCZ TečkaCZ na Facebooku TečkaCZ na Twitteru Vstup pro členy