Dio la casualidad de que en la serie
«Мирный átomo cósmico » estamos pasando de la ciencia ficción a extenderse. La última vez que hablamos de los reactores de potencia, el siguiente paso obvio - que contar acerca de los generadores termoeléctricos de radioisótopos. Recientemente Habré fue un gran post sobre
RTG sonda "Cassini» , y consideramos que esta cuestión desde un punto de vista más amplio.
La física del proceso h4>
Calor h5> En contraste con el reactor nuclear que utiliza el fenómeno de la reacción nuclear en cadena, generadores de radioisótopos utilizan la descomposición natural de los isótopos radiactivos. Recordemos que los átomos están compuestos de protones, electrones y neutrones. Dependiendo del número de neutrones en el núcleo de un átomo en particular, puede ser estable o mostrar una tendencia a la desintegración espontánea. Por ejemplo, el átomo de cobalto 59 sup> Co con 27 protones y 32 neutrones en el núcleo es estable. Este cobalto utilizado por la humanidad desde el antiguo Egipto. Pero si añadimos a la 59 sup> Co un neutrón (por ejemplo, mediante la colocación de un cobalto "ordinaria" en un reactor nuclear), obtenemos 60 sup> Co, un isótopo radiactivo con una vida media de 5, 2 años . El término "semivida" significa que después de 5, 2, divide un átomo con una probabilidad de 50%, y de cien átomos, será aproximadamente la mitad. Todos los elementos "normales" tiene sus isótopos con diferentes vidas medias:
mapa 3D de isótopos, agradezco el usuario de LiveJournal crustgroup por imagen. I>
Al seleccionar un isótopo adecuado puede ser obtenido con la vida útil requerida RTG y otros parámetros:
Isótopos th> El método para producir th> La densidad de potencia, W / g th> alimentación a granel, W / cc th> < th> La vida media th> decaimiento de energía integrada del isótopo, en kWh / d th> isótopo Hoja de trabajo th> 60 < / sup> Co (cobalto-60) irradiado en un reactor 2, 9 ~ 26 5, 271 años < / 193, 2 La aleación de metal 238 sup> Pu (plutonio-238) td > reactor nuclear 0, 568 6, 9 86 608 7 < carburo de plutonio 90 sup> Sr (estroncio-90) fragmentos de fisión 0, 93 0, 7 28 años 162 721 SrO, SrTiO 3 sub> 144 sup> Ce (cerio-144) fragmentos de fisión 2, 6 < 12 5 285 días 57, 439 CeO 2 sub> 242 sup> Cm (curio-242) reactor nuclear 121 1169 162 días 677 8 Cm 2 sub> O 3 sub> 147 sup> Pm (prometio-147) fragmentos de fisión 0, 37 1, 1 2, 64 años 12 34 Pm 2 sub> O 3 sub> 137 sup> Cs (cesio-137) fragmentos de fisión 0, 27 1, 27 td > '33 230 24 CsCl 210 sup> Po (poloniy- 210) bismuto irradiación 142 1320 138 días 677 59 aleaciones con el plomo, el itrio, el oro 244 sup> Cm (curio-244) reactor nuclear td > 2, 8 33 25 18, 1 año 640 6 Cm 2 sub> O 3 sub> 232 sup> T (uranio-232) irradiado torio 8, 097 ~ 88, 67 68, 9 años de edad 4887, 103 dióxido de carburo, nitruro de uranio 106 sup> Ru (rutenio-106) fragmentos de fisión 29 8 369 818 ~ 371, 63 días 9, 854 aleación de metal El hecho de que la desintegración de isótopos se produce de forma independiente, lo que significa que la RTG no se puede controlar. Después de cargar el combustible que va a calentar y producir electricidad durante años, poco a poco degradante. Reducir la cantidad de isótopo fisionable significa que habrá desintegraciones nucleares menos, menos calor y electricidad. Además, una gota de energía eléctrica va a exacerbar la degradación del generador eléctrico.
Hay una versión simplificada de la RTG en el que el decaimiento del isótopo utilizado para la calefacción, no hay electricidad. Dicho módulo se llama un bloque de calefacción o RHG (radioisótopos generador de calor).
La conversión de calor en electricidad h5> Como en el caso de un reactor nuclear en la salida se obtiene de calor, que de alguna manera se debe convertir en electricidad. Usted puede usar:
Термоэлектрический convertidor. La combinación de los dos conductores de diferentes materiales (por ejemplo, Chromel y alumel) y la calefacción es uno de ellos, puede obtener la fuente de electricidad. Термоэмиссионный convertidor. En este caso, el tubo de electrones. Su cátodo se calienta y electrones recibe suficiente energía para "saltar" hacia el ánodo, creando una corriente eléctrica. termofotovoltaica < / a>. En este caso, la fuente de calor conectado fotocélula funciona en la gama de infrarrojos. La fuente de calor emite fotones que son detectados por fotocélula y transformar en electricidad. . . En este caso, para la conversión de calor en electricidad usando un electrolito de sales fundidas, sodio y azufre - térmica Máquina para la conversión de la diferencia de temperatura en el trabajo mecánico. La electricidad se obtiene a partir del trabajo mecánico con cualquier generador.
Nombre th> Transportistas (el número de la unidad) th> Potencia máxima th> Isótopos th> Peso de combustible kg th> Peso total, kg th> Eléctrica, W th> Calor, W th> ~ 110 td > ~ 2000 238 sup> Pu ~ 4 & lt; 45 < , , , 300 < / 4400 238 sup> Pu 7.8 55,9-57,8 < , , 160 2400 238 sup> Pu ~ 4.5 td > 37.7 (1) 2.7 52.5 238 sup> Pu ? 2.1 SNAP-9A (1) 25 525 238 sup> Pu < / ~ 1 12.3 SNAP-19 (2), , 40.3 525 238 sup> Pu ~ 1 13.6 td > modificación de SNAP-19 42.7 525 238 sup> Pu < ~ 1 15.2 SNAP-27 (1) 73 1, 480 238 sup> Pu 3.8 < 20
Diseño muy simple. Puede funcionar durante años y décadas, poco a poco degradante. Puede ser utilizado tanto para la calefacción y el poder. No requiere . la gestión y supervisión Desventajas:
Se busca isótopos raros y caros como combustible. complejo de producción de combustible, caro y lento. Baja eficiencia. El poder está limitado por los cientos vatios. RTG kilovatio de energía eléctrica ya débilmente justificado, MW - casi no tiene sentido: será demasiado caro y pesado
.
La combinación de estas ventajas y desventajas significar que RTG y unidades de calefacción tienen su lugar en la energía cósmica, y guardarlo para continuar. Ellos le permiten fácilmente y de manera eficiente el calor y la electricidad para alimentar a la nave espacial interplanetaria, pero no debe esperar ningún avance energía.
Tema "Noticias de la Cosmonáutica» . . NASA.
Fuente: