Americkí vedci zautomatizovali výrobu jadrového paliva pre vesmírne sondy

Sondy vysielané do vesmíru potrebujú rádioaktívny zdroj energie. Najvhodnejšie sa javí plutónium-238, no jeho výroba nie je vôbec jednoduchá. S novou technológiou by NASA mohla naplniť svoj cieľ a to zvýšiť ročnú výrobu tohto rádioizotopu na 1,5 kilogramu v roku 2025.

Plutónium-238 bol prvým objaveným izotopom plutónia. Vďaka svojmu prirodzenému rádioaktívnemu rozpadu (polčas rozpadu je 87,7 rokov) uvoľňuje teplo rovnomerne prakticky po celé desaťročia. Pritom zostáva relatívne stabilný a bezpečný. Nakoľko vyžaruje pomerne nízke dávky beta a gama žiarenia, je mimoriadne efektívnym palivom do rádioizotopových termoelektrických generátorov (RTG) poháňajúcich vesmírne sondy a marťanské rovery.

Niekoľkonásobne zväčšená peletka plutónia

S plutóniom do ďalekých vesmírnych hlbín

Prvýkrát poháňalo plutónium-238 rádioizotopový termoelektrický generátor (RTG) v navigačnom satelite Transit IV Navy v roku 1961. Doteraz bolo použité vo vyše dvadsiatich vesmírnych misiách NASA, vrátane medziplanetárnych kozmických sond Voyager 1 a 2 na prieskum vonkajšej časti našej slnečnej sústavy a misie New Horizons na Pluto. Doteraz funkčná sonda Voyager 2 z roku 1977 je najlepším dôkazom výhod využitia jadrového paliva v generátoroch RTG. Práve vďaka rádioaktívnemu pohonu sondy sme mali jedinečnú možnosť študovať zblízka Jupiter, Saturn, Urán a Neptún a získať tak bezkonkurenčné vedecké údaje. Keďže má na palube plutónium-238, jej prístroje stále fungujú.

Plutónium z vyhoreného jadrového paliva reaktora obsahuje rôzne izotopy plutónia, pričom plutónium-238 tvorí len jedno alebo dve percentá. Toto plutónium nie je vhodné na výrobu plutónia-238 pre RTG generátory, pretože by bola potrebná separácia ťažkých izotopov.

Nakupovali aj z Ruska

Spočiatku vyrábal plutónium-238 závod Savannah River Site v Južnej Karolíne (USA), ktorý bol postavený v roku 1950. Za takmer 30 rokov ho tu vyrobili okolo 300 kilogramov ožarovaním neptúnia-237 neutrónmi. Avšak v roku 1988 závod zatvorili a svetové zásoby plutónia-238 sa tak rapídne zmenšili. Neskôr bolo pre vesmírne misie zakúpené z Ruska, ale aj táto krajina ho prestala vyrábať. Malé množstvo pripravili až v roku 2013 v Národnom laboratóriu Oak Ridge v americkom štáte Tennessee. O štyri roky neskôr začala plutónium-238 vyrábať pre NASA aj kanadská spoločnosť Ontario Power Generation v jadrovej elektrárni Darlington.

Automatizovaná časť výroby plutónia-238

Automatizovanie výrobného procesu

Výroba tohto rádioaktívneho izotopu nebola vôbec jednoduchá. NASA mala k dispozícii zásobu už len na dve až tri vesmírne misie. Vedci z laboratórií Oak Ridge našli spôsob, ako automatizovať časť výrobného procesu plutónia z hliníkových peliet s oxidom neptúnia. Tieto pelety sú následne relatívne ľahko ožiarené a chemicky spracované na plutónium-238, čím sa jeho výroba významne zjednoduší. Vďaka automatizácii dochádza k trojnásobnému nárastu výroby, z 80 na 275 peliet týždenne. Celková ročná produkcia sa zvýši z 50 na 400 gramov, pričom v roku 2025 by mala dosiahnuť až 1,5 kilogramu. Americkí vedci veria, že nová technológia výroby podstatne zvýši zásobu tohto cenného izotopu včas, aby tak nedošlo k zastaveniu vesmírnych prieskumov.