NASA利用钚元素征服太空

2024-01-08 11:22  来源:嘿嘿能源与科技PowerTech    同位素

由于其裂变特性(在某些条件下分裂并实现核裂变,释放大量能量),钚-239或钚-241等同位素是核弹的理想材料。另一方面,钚-238是包括航天器在内的理想动力源。正是这种同位素,最近让美国国家航空航天局(NASA)兴奋不已——NASA最近从美国能源部收到了最新的一批钚材料。


钚看起来并不是一个有趣物质,作为一种我们已知的锕系金属,钚已经成为破坏的代名词,其破坏性难以捉摸。

1、放射性钚

钚是美国“曼哈顿计划”开发核弹的核心物质,后来投在了日本的长崎市(投在广岛的核弹有铀核心)。这可能就是为什么钚会在一些人身上激起如此多的负面情绪。然而,就像地球上的所有东西一样,物质没有天生的邪恶,它的恶意只来自于人类如何选择使用它们。你可以争辩说,“物质没有天生的邪恶”的说法并不完全准确。

毕竟,钚具有放射性,人吸入时十分危险,因为钚会释放出α粒子。这些物质进入肺部后,会开始杀死肺细胞,导致致命的并发症。这种物质也会进入血液并扩散到其他器官,导致同样的器官衰竭。但同时要记住,在地球上,钚很难以自然状态存在,主要作为核能工业的副产品存在于我们的生活中。因此,钚的恶意只来自于人类如何选择使用这种金属及其衍生物。

2、航天器理想燃料

由于其裂变特性(在某些条件下分裂并实现核裂变,释放大量能量),钚-239或钚-241等同位素是核弹的理想材料。另一方面,钚-238是包括航天器在内的理想动力源。正是这种同位素,最近让美国国家航空航天局(NASA)兴奋不已——NASA最近从美国能源部收到了最新的一批钚材料。这批足够多的材料(1磅或0.5公斤)让NASA自豪地说,现在离未来的太空任务钚燃料又近了一步。尽管对我们其他人来说看起来很小,但美国能源部在橡树岭国家实验室为NASA要求生产的钚-238数量,是“自十多年前国内重启钚-238生产以来最多的”。

3、太空任务应用

NASA在研究放射性同位素动力系统(RPS)方面已经有60年历史,使用钚-238作为该系统的燃料来源。简而言之,RPS是航天局有史以来一些最引人注目的任务(总共30多次任务)的关键部件,包括旅行者1号和2号、卡西尼·海恩斯号或最近的“毅力号”火星车。在月球车的应用中,RPS被称为多任务放射性同位素热电发生器,简称MMRTG,它是由Aerojet Rocketdyne和Teledyne建造的一个反应堆,将钚-238自然衰变产生的热量转化为电能。更确切地说,110W大约相当于地球上一个灯泡所需的能量,但足以让“毅力号”执行其被送往火星的科学任务。在另一个名为轻质放射性同位素加热装置(LWRHU)的应用中,放射性物质的衰变转化为热量。这些热量被用来保持航天器部件和系统的温度,使其能够在寒冷浩瀚的太空中工作。

一般来说,NASA倾向于在航天器上使用多组LWRHU,不过这取决于任务的需要、航天器的大小等。例如,阿波罗11号任务有两组15个这样的单元,而伽利略号任务则依赖不少于120个。这看起来可能很多,但作为参考,一个单独的LWRHU(大约有C电池的大小)由一个输出大约1瓦热量的钚-238芯块组成。NASA将最近交付的新钚-238视为“到2026年实现钚每年平均1.5公斤生产目标”的里程碑。对燃料需求的不断增多,源于航天局计划在未来几年增加太空任务的数量,包括阿尔忒弥斯月球探测计划,以及一些更大胆的探索其他行星的尝试,包括火星。NASA没有具体说明将如何使用本周从美国能源部获得的钚,但我敢肯定,这些人不会浪费或将其用于有害用途。提醒一下,仅在2024年,NASA就计划了不少于九次任务,包括发射Intuitive Machines、Europa Clipper和Blue Ghost月球着陆器。

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