Desilo se da u seriji prelazimo sa fantastičnog na mainstream. Zadnji put kada smo govorili o energetskim reaktorima, očigledan sljedeći korak je govoriti o radioizotopskim termoelektričnim generatorima. Nedavno je na Habreu objavljen odličan post o RTG -u Cassinijeve sonde, pa ćemo ovu temu razmotriti sa šireg stanovišta.

Fizika procesa

Proizvodnja toplote

Za razliku od nuklearnog reaktora, koji koristi fenomen nuklearne lančane reakcije, generatori radioizotopa koristiti prirodni raspad radioaktivnih izotopa. Zapamtite da se atomi sastoje od protona, elektrona i neutrona. Ovisno o broju neutrona u jezgri određenog atoma, on može biti stabilan ili može pokazati sklonost spontanom raspadanju. Na primjer, atom kobalta 59 Co sa 27 protona i 32 neutrona u jezgri je stabilan. Takav kobalt je čovječanstvo koristilo još od vremena Drevni Egipat... No, dodamo li jedan neutron 59 Co (na primjer, stavljanjem "normalnog" kobalta u nuklearni reaktor), tada ćemo dobiti 60 Co, radioaktivni izotop s poluživotom od 5,2 godine. Izraz "poluživot" znači da će nakon 5,2 godine jedan atom propasti s vjerojatnošću od 50%, a preostat će oko pola od stotinu atoma. Svi "obični" elementi imaju svoje izotope različiti periodi poluživot:

3D karta izotopa, hvala crustgroup za sliku.

Odabirom odgovarajućeg izotopa moguće je dobiti RTG sa potrebnim vijekom trajanja i drugim parametrima:

Izotop	Način dobijanja	Specifična snaga, W / g	Volumetrijska snaga, W / cm³	Poluživot	Integrirana energija raspada izotopa, kWh / g	Radni oblik izotopa
60 Co (kobalt-60)	Zračenje u reaktoru	2,9	~26	5.271 godina	193,2	Metal, legura
238 Pu (plutonijum-238)	nuklearni reaktor	0,568	6,9	86 godina	608,7	Plutonijum karbid
90 Sr (stroncijum-90)	fisioni fragmenti	0,93	0,7	28 godina	162,721	SrO, SrTiO 3
144 Ce (cerijum-144)	fisioni fragmenti	2,6	12,5	285 dana	57,439	CeO 2
242 cm (curium-242)	nuklearni reaktor	121	1169	162 dana	677,8	Cm 2 O 3
147 Pm (prometij-147)	fisioni fragmenti	0,37	1,1	2,64 godine	12,34	Pm 2 O 3
137 Cs (cezijum-137)	fisioni fragmenti	0,27	1,27	33 godine	230,24	CsCl
210 Po (polonijum-210)	zračenje bizmuta	142	1320	138 dana	677,59	legure sa olovom, itrijem, zlatom
244 cm (curium-244)	nuklearni reaktor	2,8	33,25	18,1 godina	640,6	Cm 2 O 3
232 U (uranijum-232)	ozračivanje torijumom	8,097	~88,67	68,9 godina	4887,103	dioksid, karbid, uranijum nitrid
106 Ru (rutenijum-106)	fisioni fragmenti	29,8	369,818	~ 371.63 dana	9,854	metal, legura

Činjenica da se raspad izotopa događa nezavisno znači da se RTG ne može kontrolirati. Nakon utovara goriva, zagrijavat će se i proizvoditi električnu energiju godinama, postupno se degradirajući. Smanjenje količine fisionog izotopa znači da će biti manje nuklearnih raspada, manje toplote i struju. Osim toga, pad električne energije pogoršat će degradaciju električnog generatora.
Postoji pojednostavljena verzija RTG -a, u kojoj se raspad izotopa koristi samo za grijanje, bez proizvodnje električne energije. Takav se modul naziva grijaćom jedinicom ili RHG (Radioizotopski generator topline).

Pretvaranje topline u električnu energiju

Kao i u slučaju nuklearnog reaktora, izlaz je toplina, koja se na neki način mora pretvoriti u električnu energiju. Da biste to učinili, možete koristiti:

• Termoelektrični pretvarač. Spajanjem dva vodiča iz različitih materijala(na primjer, kromel i alumel) i zagrijavajući jedan od njih, možete dobiti izvor električne energije.


• Termički pretvarač. U tom se slučaju koristi elektronička lampa. Njegova katoda se zagrijava i elektroni dobivaju dovoljno energije da "skoče" na anodu, stvarajući električnu struju.


• Toplinski fotoelektrični pretvarač. U ovom slučaju, fotoćelija je spojena na izvor topline koji radi u infracrvena... Izvor topline emitira fotone, koje hvata fotoćelija i pretvaraju u električnu energiju.


• Termoelektrični pretvarač koji koristi alkalne metale. Ovdje se elektrolit napravljen od rastopljene soli natrija i sumpora koristi za pretvaranje topline u električnu energiju.


• Stirlingov motor - toplotni motor pretvoriti temperaturnu razliku u mehanički rad. Električna energija se dobija iz mehanički radovi koristeći neku vrstu generatora.

istorija

Prvi eksperimentalni izvor energije radioizotopa uveden je 1913. Ali tek od druge polovice XX. Stoljeća, s širenjem nuklearnih reaktora, na kojima je bilo moguće dobiti izotope u industrijske razmjere, RTG -ovi su se počeli aktivno koristiti.

SAD

U SAD -u, organizacija SNAP, koja vam je već poznata iz prethodnog članka, bavila se RTG -ovima.
SNAP-1.
Bio je to eksperimentalni 144 Ce RTG s Rankineovim generatorom ciklusa (parna mašina) sa živom kao rashladnom tekućinom. Generator je uspješno radio 2500 sati na Zemlji, ali nije letio u svemir.

SNAP-3.
Prvi RTG koji je poletio u svemir na navigacionim satelitima Transit 4A i 4B. Izlazna snaga 2 W, težina 2 kg, rabljeni plutonij-238.

Sentry
RTG za meteorološki satelit. Energetska snaga 4,5 W, izotop - stroncij -90.

SNAP-7.
Porodica zemaljskih RTG-a za svjetionike, svjetlosne bove, meteorološke stanice, akustične bove i slično. Vrlo veliki modeli, težine od 850 do 2720 kg. Energetska snaga - desetine vata. Na primjer, SNAP -7D - 30 W mase 2 tone.

SNAP-9
Serijski RTG za tranzitne navigacijske satelite. Težina 12 kg, električna snaga 25 W.

SNAP-11
Eksperimentalni RTG za Mjesečeve stanice za slijetanje Surveyor. Predloženo je da se koristi izotop curium-242. Električna energija- 25 W. Ne koristi se.

SNAP-19
Serijski RTG, koristi se u raznim misijama -meteorološki sateliti Nimbus, sonde "Pioneer" -10 i -11, marsovske desantne stanice "Viking". Izotop - plutonij -238, izlazna snaga ~ 40 W.

SNAP -21 i -23
RTG za podvodnu upotrebu na stroncijumu-90.

SNAP-27
RTG -ovi za napajanje naučne opreme programa Apollo. 3,8 kg. plutonijum-238 dao je energetsku snagu od 70 vati. Mjesečeva naučna oprema isključena je 1977. godine (ljudi i oprema na Zemlji zahtijevali su novac, ali to nije bilo dovoljno). RTG -ovi za 1977. proizveli su 36 do 60 vati električne energije.

MHW-RTG
Naziv označava "multisotwatt RTG". 4,5 kg. plutonijum-238 dao je 2400 vati toplotne snage i 160 vati električne energije. Ovi RTG-ovi su bili na Lincolnovim eksperimentalnim satelitima (LES-8,9) i već 37 godina opskrbljuju Voyagere toplinom i električnom energijom. Za 2014. RTG -ovi osiguravaju oko 53% svojih početnih kapaciteta.

GPHS-RTG
Najmoćniji od svemirskih RTG -ova. 7,8 kg plutonijuma-238 dalo je 4400 vati toplotne snage i 300 vata električne energije. Korišten je na solarnoj sondi Ulysses, sondama Galileo i Cassini-Huygens i leti prema Plutonu na novim horizontima.

MMRTG
RTG za znatiželju. 4 kg plutonijuma-238, 2000 W toplotne snage, 100 W električne energije.


Topla plutonijumska kocka lampe.

RTG -ovi SAD -a sa referencom u vremenu.

Sažeta tabela:

Ime	Mediji (broj na uređaju)	Maksimalna snaga		Izotop	Težina goriva, kg	Puna težina, kg
		Električno, W	Termalna, W
MMRTG	MSL / Curiosity rover	~110	~2000	238 Pu	~4	<45
GPHS-RTG	Cassini (3), New Horizons (1), Galileo (2), Ulysses (1)	300	4400	238 Pu	7.8	55.9-57.8
MHW-RTG	LES-8/9, Voyager 1 (3), Voyager 2 (3)	160	2400	238 Pu	~4.5	37.7
SNAP-3B	Transit-4A (1)	2.7	52.5	238 Pu	?	2.1
SNAP-9A	Tranzit 5BN1 / 2 (1)	25	525	238 Pu	~1	12.3
SNAP-19	U isto vrijeme, RTG -ovi su se vrlo aktivno koristili u svjetionicima, navigacijskim plutačama i drugoj kopnenoj opremi - serijama BETA, RTG -IEU i mnogim drugima. Dizajn Gotovo svi RTG -ovi koriste termoelektrične pretvarače i stoga imaju isti dizajn: Perspektive Sve leteće RTG -ove odlikuje vrlo niska efikasnost - u pravilu je električna snaga manja od 10% toplinske snage. Stoga je NASA početkom 21. stoljeća pokrenula projekt ASRG - RTG sa Stirlingovim motorom. Očekivalo se povećanje efikasnosti do 30% i 140 W električne energije pri 500 W toplinske snage. Nažalost, projekt je zaustavljen 2013. godine zbog prevelikog budžeta. Ali, teoretski, upotreba učinkovitijih pretvarača topline u električnu energiju može ozbiljno povećati učinkovitost RTG-ova. Prednosti i nedostaci Prednosti: Vrlo jednostavan dizajn. Može raditi godinama i decenijama, postepeno se degradirajući. Može se koristiti istovremeno za grijanje i napajanje električnom energijom. Ne zahtijeva upravljanje i nadzor. Nedostaci: Za gorivo su potrebni rijetki i skupi izotopi. Proizvodnja goriva je složena, skupa i spora. Niska efikasnost. Snaga je ograničena na stotine vata. RTG s kilovatskom električnom snagom već je loše opravdan, megavatski praktički nema smisla: bit će preskup i težak. Kombinacija takvih prednosti i nedostataka znači da RTG -ovi i jedinice za grijanje zauzimaju svoju nišu u svemirskoj energetici i da će je zadržati u budućnosti. Omogućuju jednostavno i efikasno zagrijavanje i opskrbu električnom energijom međuplanetarnih vozila, ali ne treba očekivati ​​nikakav prodor energije od njih. Izvori Osim Wikipedije, korišteni su i: Svemirska nuklearna energija: Otvaranje posljednjeg horizonta. Tema "Domaći RTG -ovi" na "Vijestima o kosmonautici".

RTG(radioizotopski termoelektrični generator) - radioizotopski izvor električne energije koji koristi toplinsku energiju oslobođenu tijekom prirodnog raspada radioaktivnih izotopa i pretvara je u električnu energiju pomoću termoelektričnog generatora.

U usporedbi s nuklearnim reaktorima koji koriste lančanu reakciju, RTG -i su mnogo kompaktniji i strukturno jednostavniji. Izlazna snaga RTG -a je vrlo niska (do nekoliko stotina vata) s niskom efikasnošću. S druge strane, nemaju pokretnih dijelova i ne zahtijevaju održavanje tijekom cijelog vijeka trajanja, koji može trajati desetljećima.

Aplikacija

RTG svemirske letjelice "Novi horizonti"

RTG -ovi su u pravilu najprihvatljiviji izvor energije za autonomne sisteme koji zahtijevaju nekoliko desetina do stotina vata sa vrlo dugim vremenom rada, predugim za gorivne ćelije ili akumulatore.

U svemiru

Dijagram RTG-a koji se koristi na svemirskoj letjelici Cassini-Huygens

RTG-ovi su glavni izvor napajanja za dugoročne misije i daleko su (na primjer Voyager-2 ili Cassini-Huygens), gdje je upotreba solarnih panela neučinkovita ili nemoguća.

Plutonijum-238 2006. godine, prilikom lansiranja sonde New Horizons, našao je svoju primjenu kao izvor energije za opremu svemirskih letjelica. Radioizotopski generator sadržavao je 11 kg 238 Pu dioksida visoke čistoće, proizvodeći u prosjeku 220 vata električne energije tokom cijelog putovanja (240 vati na početku i, prema proračunima, 200 vata na kraju).

Radioizotopski izvori energije su uređaji koji koriste energiju oslobođenu tokom radioaktivnog raspada za zagrijavanje rashladnog sredstva ili pretvaranje u električnu energiju.

Radioizotopski termoelektrični generatori
(radioizotopski termoelektrični generator (RTG, RITEG)

Radioizotopski termoelektrični generator (RTG) pretvara toplinsku energiju oslobođenu tijekom prirodnog raspada radioaktivnih izotopa u električnu energiju.
RTG se sastoje od dva glavna elementa: izvora topline koji sadrži radioaktivni izotop i čvrstih termoparova koji pretvaraju toplinsku energiju iz raspada plutonija u električnu. Termoparovi u RTG -u koriste toplinu raspadanja radioaktivnog izotopa za zagrijavanje vruće strane termopara i hlađenje prostora ili planetarne atmosfere za stvaranje niske temperature na hladnoj strani.
U usporedbi s nuklearnim reaktorima, RTG su mnogo kompaktniji i strukturno jednostavniji. Izlazna snaga RTG -a je vrlo niska (do nekoliko stotina vata) i niske efikasnosti. Umjesto toga, nemaju pokretnih dijelova i ne zahtijevaju održavanje tijekom cijelog vijeka trajanja, koji može trajati desetljećima.
U poboljšanom tipu RTG -a - Multi -Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG), koji se nedavno počeo koristiti, sastav termoelementa je promijenjen. Umjesto SiGe, MMRTG koristi PbTe / TAGS (Te, Ag, Ge, Sb) za termoparove.
MMRTG je dizajniran za proizvodnju 125 vata električne energije na početku misije, nakon 14 godina pavši na 100 vati. S masom od 45 kg, MMRTG daje oko 2,8 W / kg električne energije na početku života. MMRTG dizajn može raditi i u vakuumu svemira i u planetarnim atmosferama, na primjer, na površini Marsa. MMRTG pruža visok stupanj sigurnosti, minimizirajući težinu i optimizirajući nivo snage za minimalni vijek trajanja od 14 godina.
NASA također radi na novoj RTG tehnologiji pod nazivom Advanced Stirling Radioisotope Generator ASRG. ASRG, poput MMRTG-a, pretvara toplinu raspada plutonija-238 u električnu energiju, ali ne koristi termoelemente. Umjesto toga, toplina raspadanja uzrokuje širenje plina i osciliranje klipa poput motora automobila. Ovo pomiče magnet naprijed -natrag kroz zavojnicu preko 100 puta u sekundi, stvarajući električnu energiju za svemirsku letjelicu. Količina proizvedene električne energije veća je od MMRTG-a, za oko 130 vata, s mnogo manje plutonija-238 (oko 3,6 kg manje). Ovo je rezultat učinkovitije konverzije Stirlingovog ciklusa. Ako misija zahtijeva više energije, može se koristiti više ASRG -ova za stvaranje više energije. Od danas ne postoje planirane misije koje će koristiti ASRG, ali se razvijaju za 14 -godišnju misiju.
Postoji koncept podkritičkih RTG -ova. Subkritični generator sastoji se od izvora neutrona i cijepljivog materijala sa što većom kritičnom masom. Izvorne neutrone hvataju atomi cijepljivog materijala i uzrokuju njihovu fisiju. Vrlo važno mjesto u izboru radnog izotopa ima stvaranje kćeri izotopa sposobnog za značajno oslobađanje topline, budući da se lanac nuklearne transformacije produžava tijekom raspada i, shodno tome, ukupna energija koja se može koristiti se povećava. Najbolji primjer izotopa s dugim lancem raspada i oslobađanjem energije za red veličine veći od onog kod većine drugih izotopa je uran-232. Glavna prednost takvog generatora je ta što energija raspada reakcije sa zahvatanjem neutrona može biti mnogo veća od energije spontane fisije. U skladu s tim, potrebna količina tvari je znatno niža. Broj raspada i aktivnosti zračenja u smislu oslobađanja topline je također manji. Time se smanjuje težina i dimenzije generatora.

Nažalost, zahtjevi za karakteristike radioizotopa koji se koriste u RTG -ima često su kontradiktorni. Poluživot radioizotopa mora biti dovoljno dug da održi snagu dovoljno dugo da izvrši zadatak. S druge strane, mora imati dovoljno veliku volumetrijsku aktivnost da postigne značajno oslobađanje energije u ograničenom volumenu instalacije. To znači da njegov poluživot ne bi trebao biti prekratak, jer je specifična aktivnost obrnuto proporcionalna razdoblju opadanja.
Radioizotop mora imati prikladnu vrstu ionizirajućeg zračenja za odlaganje. Gama zračenje i neutroni vrlo lako napuštaju strukturu, odnoseći primjetan dio energije raspada. Iako su visokoenergetski elektroni β-raspada dobro odloženi, u ovom slučaju nastaje rendgensko zračenje bremsstrahlung-a koje oduzima dio energije. Osim toga, gama, rendgensko i neutronsko zračenje često zahtijevaju posebne projektne mjere za zaštitu osoblja (ako postoji) i opreme u blizini.
Alfa zračenje se preferira za proizvodnju energije radioizotopa.
Važnu ulogu u izboru radioizotopa ima njegova relativno jeftina i jednostavna proizvodnja.
Tipični poluvijek za radioizotope koji se koriste u RTG-ima je nekoliko desetljeća, iako se izotopi sa kraćim poluživotom mogu koristiti za specijalizirane aplikacije.

Napajanje radioizotopa male snage i male veličine

Beta-naponski izvori napajanja
(Betaponski izvori energije)

Postoje i netermički generatori, u principu slični solarnim panelima. To su beta-galvanski i optoelektrični izvori. Male su veličine i dizajnirane su za napajanje uređaja koji ne zahtijevaju veliku snagu.
U beta-naponskom napajanju izvor izotopa emitira beta čestice koje se skupljaju na poluvodiču. Kao rezultat toga, stvara se konstantna struja. Proces pretvorbe energije, sličan onom fotonaponske (solarne) ćelije, odvija se efikasno čak i pod ekstremnim uvjetima okoline. Odabirom količine i vrste izotopa, možete stvoriti konfigurirano napajanje sa zadanim izlazom i vijekom trajanja. Ove baterije gotovo ne daju gama zrake, a meko beta zračenje zarobljeno je kućištem baterije i slojem fosfora. Beta-voltažni izvori imaju visoku gustoću energije i ultra nisku snagu. To omogućava beta -naponskom uređaju da radi duže od kondenzatora ili baterija za uređaje male snage. Trajanje rada, na primjer, beta-voltaičnog izvora na prometij-oksidu je oko dvije i pol godine, a 5 mg prometij-oksida daje energiju od 8 W. vijek trajanja beta-naponskih izvora može premašiti 25 godina.

Beta-voltaični efekat. Rad beta-naponskog pretvarača temelji se na činjenici da elektroni ili visokoenergetski pozitroni emitirani tijekom raspada padaju u područje p-n prijelazom poluvodičke ploče, generirajte par elektron-rupa, koji je zatim prostorno odvojen područjem svemirskog naboja (SCR). Kao posljedica toga, dana n i p- Površine poluvodičke ploče nastaju razlike u električnom potencijalu. U principu, mehanizam konverzije nalikuje onom koji se primjenjuje u poluvodičkim solarnim ćelijama, ali sa zamjenom fotonskog ozračenja zračenjem elektronima ili pozitronima beta raspada radionuklida.

Piezoelektrični radioizotopski mikroelektrični generator
(Radioizotopski tankoslojni Mkropower generator)

Srce ove baterije je konzolna, tanka piezo-kristalna ploča. Kolektor na vrhu konzole hvata nabijene čestice emitirane iz tankoslojnoga radioaktivnog izvora. Zbog očuvanja naboja, radioizotopski film ostaje s jednakim i suprotnim nabojima. To dovodi do elektrostatičkih sila između konzole i radioaktivnog izvora, savijanja konzole i pretvaranja energije koju izvor emitira u uskladištenu mehaničku energiju. Konzola se sve više savija i konačno vrh konzole dolazi u kontakt s radioaktivnim tankim filmom, a nakupljeni naboji neutraliziraju se prijenosom naboja. To se događa periodično. Suzbijanjem elektrostatičke sile oslobađa se konzol. Naglo oslobađanje pobuđuje vibracije koje rezultiraju nabojima induciranim u piezoelektričnom elementu u podnožju konzole. Naizmjenični signal iz piezoelektričnog napajanja može se koristiti izravno kroz impedanciju opterećenja ili ispraviti diodama i filtrirati kroz vanjski kondenzator. Napon pristranosti povišen na ovaj način koristi se za pogon senzora male snage i elektronike.

Glavno područje primjene izvora izotopa je istraživanje svemira. Proučavanje "dubokog svemira" bez upotrebe radioizotopskih generatora je nemoguće, jer je na značajnoj udaljenosti od Sunca razina solarne energije koja bi se mogla koristiti za proizvodnju električne energije potrebne za rad opreme i prijenos radio signala vrlo mala . Nedostajali su i hemijski izvori.
Na Zemlji su izvori radioizotopa pronašli primjenu u navigacijskim svjetionicima, radio svjetionicima, meteorološkim stanicama i sličnoj opremi instaliranoj u područjima gdje iz tehničkih ili ekonomskih razloga nije bilo moguće koristiti druge izvore energije. Konkretno, u SSSR -u je proizvedeno nekoliko vrsta termoelektričnih generatora. Koristili su 90 Sr i 238 Pu kao radioaktivne izotope. Međutim, imaju vrlo dug period za postizanje sigurnih aktivnosti. Dostigli su životni vijek od 10 godina i sada ih se mora zbrinuti. Trenutno je zbog opasnosti od curenja radijacije i radioaktivnih materijala prekinuta praksa instaliranja izvora radioizotopa bez nadzora na nepristupačnim mjestima.
Radioizotopski izvori energije koriste se tamo gdje je potrebno osigurati autonomiju rada opreme, kompaktnost i pouzdanost.

Radioizotopi i njihova upotreba

S razvojem i rastom nuklearne energije cijene najvažnijih izotopa generatora brzo padaju, a proizvodnja izotopa rapidno raste. Istodobno, troškovi izotopa dobivenih zračenjem (U-232, Pu-238, Po-210, Cm-242 itd.) Blago se smanjuju. S tim u vezi, traže se metode za racionalnije sheme zračenja cilja, za temeljitiju ponovnu obradu ozračenog goriva. Velike nade u proširenje proizvodnje sintetičkih izotopa povezane su s rastom sektora reaktora s brzim uzgojem. Konkretno, upravo reaktori s brzim neutronima koji koriste značajne količine torija omogućuju nadati se dobivanju velikih komercijalnih količina urana-232.
Korištenjem izotopa problem zbrinjavanja istrošenog nuklearnog goriva u velikoj mjeri je riješen, a radioaktivni otpad iz opasnog otpada pretvara se ne samo u dodatni izvor energije, već i u izvor značajnih prihoda. Gotovo potpuna ponovna prerada ozračenog goriva može generirati novčana sredstva uporediva s cijenom energije nastalom cijepanjem urana, plutonija i drugih elemenata.

Plutonij-238, kurij-244 i stroncij-90 su najčešće korišteni izotopi. Osim njih, u tehnologiji i medicini koristi se još oko 30 radioaktivnih izotopa.

Neki praktični radioizotopski izvori topline

Izotop	Prijem (izvor)	Specifična snaga za čisti izotop. W / g	T 1/2
60 Co	Zračenje u reaktoru	2.9	5.271 godina
238 Pu	nuklearni reaktor	0.568	87,7 godina
90 Sr	fragmenti fisije	~2.3	28,8 godina
144 Ce	fragmenti fisije	2.6	285 dana
242 cm	nuklearni reaktor	121	162 dana
147 Pm	fragmenti fisije	0.37	2,64 godine
137 Cs	fragmenti fisije	0.27	33 godine
210 Po	zračenje bizmuta	142	138 dana
244 cm	nuklearni reaktor	2.8	18,1 godina
232 U	ozračivanje torijumom	8.097	68,9 godina
106 Ru	fragmenti fisije	29.8	~ 371.63 dana

238 Pu 238 Pu ima vrijeme poluraspada od 87,7 godina (gubitak snage od 0,78% godišnje), specifičnu snagu za čisti izotop od 0,568 W / g i izuzetno niske nivoe gama i neutronskog zračenja. 238 Pu ima najniže zahtjeve za zaštitu. Za blokiranje zračenja 238 Pu potrebno je manje od 25 mm olovne zaštite. 238 Pu je postalo najčešće korišteno gorivo za RTG -ove, u obliku plutonijevog oksida (PuO 2).
Sredinom prošlog stoljeća 236 Pu i 238 Pu korišteno je za proizvodnju radioizotopskih električnih baterija za napajanje pejsmejkera čiji je vijek trajanja dosegao 5 godina ili više. Međutim, ubrzo su umjesto toga počeli koristiti neradioaktivne litijeve baterije, s vijekom trajanja do 17 godina.
238 Pu mora biti posebno sintetiziran; mali je (~ 1% - 2%) u nuklearnom otpadu, njegovo izotopsko odvajanje je teško. Čisti 238 Pu može se dobiti, na primjer, zračenjem neutronima od 237 Np.
Curium. Dva izotopa 242 Cm i 244 Cm su alfa emiteri (energija 6 MeV); Imaju relativno kratak poluživot od 162,8 dana i 18,1 godinu i proizvode do 120 W / g i
2,83 W / g toplotne energije, respektivno. Curium-242 u obliku oksida koristi se za proizvodnju kompaktnih i izuzetno moćnih izvora radioizotopa. Međutim, 242 cm je vrlo skupo (oko 2.000 USD po gramu). Posljednjih godina sve je popularniji teži izotop kurija, 244 cm. Budući da su oba ova izotopa praktično čisti alfa emiteri, problem zaštite od zračenja nije akutan.
90 Sr. 90 Sr β-emiter sa zanemarljivom γ-emisijom. Njegov poluživot od 28,8 godina je mnogo kraći od onog od 238 Pu.Lanac od dva β-raspada (90 Sr → 90 Y → 90 Zr) daje ukupnu energiju od 2,8 MeV (jedan gram daje ~ 0,46 W). Budući da je prinos energije manji, postiže niže temperature od 238 Pu, što dovodi do smanjenja efikasnosti termoelektrične konverzije. 90 Sr je proizvod nuklearne fisije i dostupan je u velikim količinama po niskim cijenama. Stroncij je izvor visoko propusnog ionizirajućeg zračenja, što postavlja relativno visoke zahtjeve za biološku zaštitu.
210 Po. Poluživot 210 Po ima samo 138 dana s ogromnim početnim oslobađanjem topline od 142 W / g. Ovo je praktičan čisti alfa emiter. Zbog svog kratkog poluraspada, 210 Po je slabo pogodan za RTG-ove, ali se koristi za stvaranje moćnih i kompaktnih izvora topline (Pola grama polonija može se zagrijati do 500 ° C). Standardni izvori toplotne snage 10 W ugrađeni su u svemirske letjelice poput "Kosmosa" i na "Lunohodu" kao izvor topline za održavanje normalnog rada opreme u pretincu za instrumente.
210 Po se također široko koristi tamo gdje su potrebni aktivni antistatički agensi. Zbog kratkog poluživota, odlaganje rabljenih uređaja sa 210 Po ne zahtijeva posebne mjere. U Sjedinjenim Državama ih je dopušteno odlagati u opće smeće.
Kada se koriste alfa-aktivni izotopi s visokim specifičnim oslobađanjem energije, često je potrebno razrijediti radni izotop kako bi se smanjilo oslobađanje topline. Osim toga, polonij je vrlo hlapljiv i zahtijeva stvaranje jake kemijske veze sa bilo kojim elementom. Kao takvi elementi preferirani su olovo, itrij, zlato jer tvore vatrostalne i izdržljive polonide.
241 Am. Zbog deficita od 238 Pu, 241 Am može postati njegova alternativa kao gorivo za RTG -ove. 241 Am ima poluživot od 432 godine. To je praktično čisti alfa emiter. 241 Am se nalazi u nuklearnom otpadu i gotovo je izotopski čist. Međutim, specifična snaga 241 Am je samo 1/4 specifične snage 238 Pu. Osim toga, produkti raspada 241 Am emitiraju jače zračenje i potrebna je bolja zaštita. Međutim, zahtjevi za zaštitu od zračenja za 241 Am nisu mnogo stroži nego u slučaju 238 Pu.
241 Am se široko koristi u detektorima dima. Jonizacijski dimni detektor koristi mali komad americiuma-241. Prostor ispunjen zrakom između dvije elektrode stvara komoru koja omogućuje protok male istosmjerne struje između elektroda. Ako dim ili toplina uđu u komoru, električna struja između elektroda se prekida i aktivira se alarm. Ovaj alarm za dim je jeftiniji od ostalih uređaja.
63 Ni. 63 Ni čisti β - emiter. Maksimalna energija elektrona je 67 keV, poluživot je 100,1 L. Početkom 2000 -ih, baterije na bazi 63 Ni razvijene su u SAD -u i Rusiji. Životni vijek uređaja je preko 50 godina, a dimenzije su im manje od jednog kubnog milimetra. Beta-naponski učinak koristi se za proizvodnju električne energije. Također se radi na stvaranju piezoelektričnog generatora radioizotopa. Takve baterije se mogu koristiti u neuro- i pejsmejkerima.
144 Ce. Izvor topline - 144 Ce. 144 Ce čisti β - emiter. Poluživot 144 Ce je 285 dana, specifična snaga za čisti izotop je 2,6 W / g. RTG je namijenjen za napajanje radio predajnika i automatskih meteoroloških stanica. Standardna snaga je 200 vati.
Radioizotopi se široko koriste u mješavini s fosforom kako bi osigurali stalan sjaj u upravljačkim uređajima u vozilima, u satovima, fenjerima na polarnim aerodromima i u navigacijskim znakovima, pa čak i u ukrasima za božićno drvce. Ranije se za to najčešće koristio 226 Ra, čiji je poluživot 1620 godina. Međutim, iz razloga radijacijske sigurnosti, radij se u tu svrhu nije koristio od 1970 -ih. Danas se meki beta emiteri najčešće koriste u ove svrhe: prometij (147 Pm T 1/2 = 2,64 godine), kripton (85 Kr T 1/2 = 10,8 godina) i tricij (3 H T 1/2 = 12,3 godine) . Naravno, poluživoti su im mali, ali njihovo ionizirajuće zračenje ne prodire u ljuske uređaja.

Umjesto toga, nemaju pokretnih dijelova i ne zahtijevaju održavanje tijekom cijelog vijeka trajanja, koji može trajati desetljećima.

Zajednički YouTube

1 / 1

Prikupljanje napuštenih beta Sr 90 izvora iz RTG -a u Gruziji

Titlovi

Aplikacija

RTG -ovi su primjenjivi kao izvori energije za autonomne sisteme udaljene od tradicionalnih izvora napajanja i zahtijevaju nekoliko desetina do stotina vata sa vrlo dugim vremenom rada, predugim za gorivne ćelije ili baterije.

U svemiru

RTG-ovi su glavni izvor energije za svemirske letjelice sa dugim misijama i daleko od Sunca (na primjer, Voyager 2 ili Cassini-Huygens), gdje je upotreba solarnih panela neučinkovita ili nemoguća.

Nekoliko kilograma 238 PuO 2 korišteno je u nekim misijama Apolla za napajanje instrumenata ALSEP. Generator električne energije SNAP-27 (eng. Sistemi za pomoćnu nuklearnu energiju), čija je toplinska i električna snaga bila 1480 W, odnosno 63,5 W, sadržavala je 3,735 kg plutonij-238 dioksida.

Na zemlji

RTG -ovi su korišteni u navigacijskim svjetionicima, radio -svjetionicima, meteorološkim stanicama i sličnoj opremi instaliranoj u područjima gdje je iz tehničkih ili ekonomskih razloga nemoguće koristiti druge izvore energije. Konkretno, u SSSR -u su se koristili kao napajanje za navigacijsku opremu instaliranu na obali Sjevernog ledenog okeana uz sjeverni morski put. Trenutno je, zbog opasnosti od curenja radijacije i radioaktivnih materijala, prekinuta praksa postavljanja RTG -a bez nadzora na nepristupačnim mjestima.

U SAD-u, RTG-ovi su se koristili ne samo za napajanje sa kopna, već i za morske bove i podmorske instalacije. Na primjer, 1988. godine SSSR je otkrio dva američka RTG -a pored sovjetskih komunikacijskih kabela u Ohotskom moru. Tačan broj RTG-ova koje su instalirale Sjedinjene Države nije poznat, procjene nezavisnih organizacija ukazuju na 100-150 instalacija u 1992.

Gorivo

Radioaktivni materijali koji se koriste u RTG -ovima moraju zadovoljiti sljedeće karakteristike:

• Dovoljno velika volumetrijska aktivnost za postizanje značajnog oslobađanja energije u ograničenom volumenu instalacije. Minimalni volumen ograničen je toplinskom i zračnom otpornošću materijala; slabo aktivni izotopi pogoršavaju savršenstvo energije i mase instalacije. To obično znači da vrijeme poluraspada izotopa mora biti dovoljno kratko za velike stope raspada, a raspad mora osigurati puno lako iskorištene energije.
• Dovoljno dug period održavanja napajanja za dovršetak zadatka. To obično znači da vrijeme poluraspada izotopa mora biti dovoljno dugo za zadanu brzinu oslobađanja energije. Tipični poluvijek izotopa koji se koriste u RTG-ima je nekoliko desetljeća, iako se izotopi s kratkim poluživotom mogu koristiti za specijalizirane aplikacije.
• Pogodna vrsta ionizirajućeg zračenja za oporavak energije. Gama zračenje lako izlazi iz strukture, uzimajući sa sobom energiju raspada. Neutroni također mogu relativno lako pobjeći. Visokoenergetski elektroni nastali tijekom β-raspada dobro odgađaju, ali u ovom slučaju nastaje rendgensko zračenje udara, koje oduzima dio energije. Tokom α-raspada, formiraju se masivne α-čestice koje efektivno predaju svoju energiju praktično na mjestu formiranja.
• Vrsta ionizirajućeg zračenja koja je sigurna za okoliš i opremu. Značajno gama, rendgensko i neutronsko zračenje često zahtijeva posebne mjere projektiranja za zaštitu osoblja i opreme u blizini.
• Relativna jeftinost izotopa i jednostavnost njegove proizvodnje u okviru postojećih nuklearnih tehnologija.

Plutonijum-238 najčešće se koristi u svemirskim letjelicama. α-raspad s energijom od 5,5 MeV (jedan gram daje ~ 0,54 W). Poluživot je 88 godina (gubitak snage 0,78% godišnje) sa stvaranjem visoko stabilnog izotopa 234 U. Plutonijum-238 je gotovo čisti alfa emiter, što ga čini jednim od najsigurnijih radioaktivnih izotopa s minimalnim zahtjevima biološke zaštite. Međutim, dobivanje relativno čistog izotopa 238 zahtijeva rad posebnih reaktora, što ga čini skupim.

Stroncij-90 Bio je naširoko korišten u zemaljskim RTG-ovima sovjetske i američke proizvodnje. Lanac od dva β-raspada daje ukupnu energiju od 2,8 MeV (jedan gram daje ~ 0,46 W). Poluživot 29 godina sa formiranjem staje ⁹⁰ Zr. Stroncij-90 proizvodi se u velikim količinama iz istrošenog goriva nuklearnih reaktora. Jeftinoća i obilje ovog izotopa određuju njegovu široku upotrebu u zemaljskoj opremi. Za razliku od plutonija, stroncij ima značajan nivo ionizirajućeg zračenja visoke propusnosti, što postavlja relativno visoke zahtjeve za biološku zaštitu.

Postoji koncept podkritičkih RTG -ova. Subkritični generator sastoji se od izvora neutrona i cijepljivog materijala. Izvorne neutrone hvataju atomi cijepljivog materijala i uzrokuju njihovu fisiju. Glavna prednost takvog generatora je ta što energija raspada reakcije sa zahvatanjem neutrona može biti mnogo veća od energije spontane fisije. Na primjer, za plutonij to je 200 MeV naspram 6 MeV spontane fisije. U skladu s tim, potrebna količina tvari je znatno niža. Broj raspada i aktivnosti zračenja u smislu oslobađanja topline je također manji. Time se smanjuje težina i dimenzije generatora.

Zemaljski RTG-ovi u Rusiji

Tokom sovjetske ere, 1007 RTG -ova je proizvedeno za rad na zemlji. Gotovo svi su napravljeni na bazi izotopa stroncija-90 (RIT-90). Gorivni element je snažno zapečaćena zavarena kapsula sa izotopom iznutra. Proizvedeno je nekoliko verzija RIT-90 s različitim količinama izotopa. RTG je bio opremljen jednom ili više RHS kapsula, zaštitom od zračenja (često zasnovanom na osiromašenom uranijumu), termoelektričnim generatorom, radijatorom za hlađenje, zapečaćenim kućištem i električnim krugovima. Vrste RTG -a proizvedenih u Sovjetskom Savezu:

Vrstu	Početna aktivnost, kCi	Toplinska snaga, W	Električna snaga, W	Efikasnost,%	Težina, kg	Godina početka proizvodnje
Ether-MA	104	720	30	4,167	1250	1976
IEU-1	465	2200	80	3,64	2500	1976
IEU-2	100	580	14	2,41	600	1977
Beta-M (Engleski) Ruski	36	230	10	4,35	560	1978
Gong	47	315	18	5,714	600	1983
Rog	185	1100	60	5,455	1050	1983
IEU-2M	116	690	20	2,899	600	1985
Senostav	288	1870	-	-	1250	1989
IEU-1M	340	2200	120	5,455	2100	1990

Vijek trajanja instalacija može biti 10-30 godina, većina ih je istekla. RTG je potencijalna opasnost, jer se nalazi u napuštenom području i može se ukrasti, a zatim koristiti kao prljava bomba. Zabilježeni su slučajevi da su lovci na obojene metale demontirali RTG-ove, dok su sami otmičari primili smrtonosnu dozu zračenja.

Trenutno je proces njihovog demontiranja i odlaganja pod nadzorom Međunarodne agencije za atomsku energiju i uz financiranje Sjedinjenih Država, Norveške i drugih zemalja. Do početka 2011. godine demontirano je 539 RTG -ova. Od 2012. godine 72 RTG -a su u funkciji, 3 su izgubljena, 222 su u skladištu, 31 je u procesu odlaganja. Na Antarktiku su radile četiri instalacije.

Novi RTG -ovi za navigacijske svrhe se više ne proizvode; umjesto toga ugrađuju se vjetroelektrane i fotonaponski pretvarači, u nekim slučajevima i dizelski generatori. Ovi uređaji nazivaju se APS (alternativni izvori energije). Sastoje se od solarnog panela (ili generatora vjetra), skupa baterija koje ne zahtijevaju održavanje, LED svjetionika (kružnog ili krilastog oblika), programabilne elektroničke jedinice koja postavlja algoritam za svjetionik.

Zahtjevi za projektovanje RTG -a

U SSSR-u su zahtjevi za RTG-ove uspostavljeni GOST 18696-90 „Radionuklidni termoelektrični generatori. Vrste i opći tehnički zahtjevi ". i GOST 20250-83 „Radionuklidni termoelektrični generatori. Pravila prihvatanja i metode ispitivanja ".

RTG incidenti u ZND -u

datum	Mjesto
1983., mart	Rt Nutevgi, Chukotka	Teško oštećenje RTG -a na putu do mjesta ugradnje. Činjenicu nesreće sakrilo je osoblje, a komisija Gosatomnadzora otkrila je 1997. godine. Od 2005. godine ovaj RTG je napušten i ostao je na rtu Nutevgi. Od 2012. godine svi RTG -ovi uklonjeni su iz Čukotskog autonomnog okruga.
1987	Rt Nizkiy, Sahalinska regija	Tokom transporta, helikopter je u Ohotsko more ispustio RTG tipa IEU-1, koji je pripadao Ministarstvu odbrane SSSR-a. Od 2013. godine, istražni radovi se povremeno nastavljaju.
1997	Tadžikistan, Dušanbe	Tri RTG -a, koja su odslužila svoje vrijeme, nepoznata su lica uskladistila i rastavljala u skladištu ugljena u centru Dušanbea; u blizini je zabilježena povećana gama pozadina.
1997., avgust	Rt Maria, Sahalinska regija	Tokom transporta, helikopter je u Ohotsko more ispustio RTG tipa IEU-1, koji je ostao na dnu na dubini od 25-30 m. 10 godina kasnije, podignut je i poslat na odlaganje.
1998, jul	Luka Korsakov, regija Sahalin	RTG koji pripada Ministarstvu odbrane RF pronađen je u rastavljenom obliku na mjestu sakupljanja starog metala.
1999	Lenjingradska oblast.	RTG su opljačkali lovci na obojene metale. Radioaktivni element (pozadina blizu - 1000 R / h) pronađen je na autobuskoj stanici u Kingiseppu.
2000	Rt Baranikha, Chukotka	Prirodna pozadina u blizini aparata je nekoliko puta premašena zbog kvara na RTG -u.
2001, maj	Kandalaksha Bay, Murmansk region	Sa svjetionika na ostrvu ukradena su tri izvora radioizotopa koji su otkriveni i poslani u Moskvu.
2002, februar	Zapadna Gruzija	Lokalni stanovnici pronašli su dva RTG -a u blizini sela Liya, okrug Tsalenjikh, koje su koristili kao izvore topline, a zatim ih demontirali. Kao rezultat toga, nekoliko je ljudi dobilo velike doze zračenja.
2003	O. Nuneangan, Čukotka	Utvrđeno je da je vanjsko zračenje aparata 5 puta premašilo dozvoljene granice zbog nedostataka u njegovom dizajnu.
2003	O. Wrangel, Čukotka	Zbog erozije obale, ovdje instalirani RTG pao je u more, gdje je ispran zemljom. Oluja ga je 2011. godine izbacila na obalu. Zaštita uređaja od zračenja nije oštećena. Godine 2012. uklonjen je s područja Čukotskog autonomnog okruga.
2003	Rt Shalaurova Izba, Chukotka	Pozadinsko zračenje u blizini objekta je premašeno 30 puta zbog nedostatka u dizajnu RTG -a.
2003., mart	Pikhlisaar, Lenjingradska oblast	RTG su opljačkali lovci na obojene metale. Radioaktivni element je bačen na ledeni pokrov. Vruća kapsula sa stroncijem, otopivši led, otišla je na dno, pozadina u blizini je bila 1000 R / h. Kapsula je ubrzo pronađena 200 metara od svjetionika.
2003, avgust	Šmidtovski okrug, Čukotka	Inspekcija nije pronašla RTG tipa Beta-M br. 57 na mjestu postavljanja u blizini rijeke Kyvekwyn; prema službenoj verziji, pretpostavljalo se da je RTG isprana u pijesku snažnom olujom ili da je oteta.
2003., septembar	Ostrvo Lolets, Belo more	Osoblje Sjeverne flote otkrilo je krađu biološki zaštitnog metala RTG -a na ostrvu Golets. Otvorena su i vrata svjetioničare, gdje se držao jedan od najmoćnijih RTG-ova sa šest elemenata RHS-90 koji nisu ukradeni.
2003, novembar	Kola Bay, Olenya Bay i South Goryachinsky Island	Lovci na obojene metale opljačkali su dva RTG-a koji pripadaju Sjevernoj floti, a njihovi elementi RIT-90 pronađeni su u blizini.
2004	Priozersk, Kazahstan	Hitna situacija nastala zbog neovlaštenog rastavljanja šest RTG -ova.
2004, mart	v. Valentin, Primorsky Territory	RTG koji pripada Pacifičkoj floti pronašli su demontiran, očigledno od strane lovaca na obojene metale. Radioaktivni element RIT-90 pronađen je u blizini.
Jula 2004	Norilsk	Na području vojne jedinice pronađena su tri RTG -a, čija je doza na udaljenosti od 1 m bila 155 puta veća od prirodne pozadine.
Jula 2004	Rt Navarin, Chukotka	Mehanička oštećenja na tijelu RTG -a nepoznatog porijekla, uslijed čega je došlo do smanjenja tlaka i ispadanja dijela radioaktivnog goriva. Hitni RTG izvađen je na odlaganje 2007. godine, zahvaćena područja susjedne teritorije su dekontaminirana.
Septembar 2004	Bunge Land, Jakutija	Hitno pražnjenje dva transportirana RTG -a iz helikoptera. Kao rezultat udara na tlo, narušen je integritet zaštite trupa od zračenja, stopa doze gama zračenja u blizini mjesta udara bila je 4 mSv / h.
2012	O. Suvišno, Taimyr	Fragmenti RTG projekta "Gong" pronađeni su na mestu gde je RTG instaliran. Pretpostavlja se da je uređaj ispran u more.

vidi takođe

Bilješke (uredi)

1. Konstantin Lantratov. Pluton se približio (ruski) // Novine Komersant: članak. - Komersant, 2006. - Izdanje. 3341. - Ne. 10.
2. Aleksandar Sergeev. Sonda do Plutona: besprijekoran početak velikog putovanja (ruski). - Elementi, Ru, 2006.
3. Timošenko, Aleksej Svemirska era - osoba nije bila potrebna (ruski) (nedostupan link - istorija) ... gzt.ru (16. septembar 2010). Pristupljeno 22. oktobra 2010. Arhivirano 19. aprila 2010.
4. Energija čiste nauke: Struja iz sudarača (rus.) // fizika arXiv blog Popularna mehanika: članak. - 12.08.10.
5. NASA je provela prvu probnu vožnju novog rovera (ruski). Lenta.ru (26. jul 2010). Pristupljeno 8. novembra 2010. Arhivirano 3. februara 2012.
6. Ajay K. Misra. Pregled NASA -inog programa za razvoj radioizotopskih energetskih sustava velike specifične snage // NASA / JPL: pregled. - San Diego, Kalifornija, jun 2006.
7. Svjetski informacijski servis o energiji. Požar na Aljasci prijeti nuklearnim oružjem zračnih snaga.
8. Drits M.E. et al. Svojstva elemenata. - Imenik. - M .: Metalurgija, 1985.- 672 str. - 6500 primjeraka.
9. Venkateswara Sarma Mallela, V Ilankumaran, N. Srinivasa Rao. Trendovi u baterijama srčanog stimulatora // Indikacijski elektroforez elektroforeze J: članak. - 1. oktobra 2004. - br. 4. - Ne. 4.
10. Pejsmejker sa plutonijumskim pogonom (1974). Oak Ridge Associated Universities.23. Mart 2009. Pristupljeno 15. januara 2011.

Stranica 1

Generatori radioizotopa koji se koriste na svemirskim letjelicama obično rade na principu korištenja energije zračenja za zagrijavanje vrućih spojeva termoparova, u kojima se toplinska i električna energija pretvaraju.

Moderni generatori radioizotopa imaju efikasnost od 3 - 5% i vijek trajanja od 3 mjeseca do 10 godina. Tehničke i ekonomske karakteristike ovih generatora mogu se značajno poboljšati u budućnosti.

Jedan od takvih generatora, sovjetski eksperimentalni radioizotopski generator Beta-1, uspješno je radio dvije godine, opskrbljujući struju radio predajnikom meteorološke stanice Moskovske oblasti u Himkiju. Koristio je cerij-144 kao izvor energije, smješten u kontejnere protiv zračenja od volframa i olova. Potrošnja energije mu je bila 440 kW-h, prosječna snaga 5 W, a izlazna (sa akumulacijom) snaga tokom rada predajnika bila je 150-200 W.

U radovima su predložene različite verzije radioizotopskog generatora s dvostupanjskim sustavom za pretvaranje nuklearne energije u električnu, koje pripadaju porodici fotonaponskih atomskih baterija. U takvom generatoru, energija fragmenata nuklearne fisije se u početku pretvara u zračenje nekim procesom nuklearno stimulirane fluorescencije (na primjer, u aerosolnom pretvaraču ispunjenom plinom), a zatim se energija fotona pretvara u električnu energiju pomoću fotonapona pretvarač. Ova metoda pretvaranja energije ima niz prednosti u odnosu na postojeće. Na primjer, za razliku od mnogih najčešće korištenih tradicionalnih metoda, ona ne sadrži neefikasan toplinski ciklus. Dakle, ukupna efikasnost sistema može biti oko 35%, što je 3-5 puta veće od efikasnosti sistema koji koriste termalni ciklus i solarne panele.

Najvažniji i najskuplji dio programa razvoja generatora radioizotopa je njegovo testiranje. Moguće je predvidjeti opće karakteristike određenog strukturnog elementa, ali je često moguće samo eksperimentalno odrediti stvarne fizičke parametre nove jedinice ili sistema u cjelini.

Shema termičkog generatora radioizotopa s toplinskom cijevi koja automatski stabilizira toplinski tok i temperaturu na katodi pretvarača.

Ali ovo je rješenje problema stabilizacije toplinskog toka i temperature na katodi termičkog generatora radioizotopa u uvjetima kontinuiranog pada oslobađanja energije u kapsuli. Višak toplinske energije generiran u izotopskom gorivu u početnom razdoblju rada ispušta se iz dijela toplinske cijevi koji strši izvan cilindričnog termičkog pretvarača.

Osim strukturnog poboljšanja i povećanja snage termoelektričnih generatorskih agregata s nuklearnim reaktorima, u Sovjetskom Savezu u tijeku je projektiranje radioizotopskih generatora. Za generiranje električne struje koriste toplinu nastalu raspadom radioaktivnih izotopa kobalta, kurija, polonija itd. Imaju male ukupne dimenzije i pouzdano rade dugo bez punjenja (ovisno o poluživotu odgovarajuće radioaktivnosti elemenata) i u energiji generiranoj po 1 kg vlastite težine superiorniji je od elektrokemijskih baterija.

Razmotrimo značajke formulacije i rješenja problema (9.18) za kombiniranu elektranu koja sadrži dvostupanjski TEG i dvokružni PTP s kondenzacijskim injektorom i jednostepenom turbinom, čiji je radni fluid DFS. Snabdijevanje toplinom od generatora radioizotopa do TEG -a i od njega do PTP -a vrši se rashladnom tekućinom u tekućem metalu.

Zašto su nam potrebne takve količine teškog izotopa kurija? Vjeruje se da kurij-244 može zamijeniti ilutonij-238 u radioizotopskim generatorima za istraživanje svemira i okeana. Generatori na bazi 244C manje su izdržljivi od plutonijevih, ali je njihovo specifično oslobađanje energije oko pet puta veće ... Stoga se kurijevi generatori teško mogu primijeniti kao srčani stimulatori. Ali u drugim autonomnim izvorima energije kurium-244 bi mogao zamijeniti plutonij. Štaviše, kurijum nije toliko otrovan kao plutonijum. Maksimalna snaga generatora kurija (određena kritičnom masom) je oko 10 puta veća od one plutonijevih: 162 odnosno 18 kilovata.

Prema uputama KAE-a, u tijeku je studija potencijalnih mogućnosti termoelektričnih generatora na bazi polonija-210, plutonija-238 i kurija-244 električne energije do 10 kW primjenjene na svemirske instalacije. Ova snaga se smatra praktičnim ograničenjem za generatore radioizotopa ove namjene. Treba napomenuti da KAE razvija raketne motore sa izotopskim izvorima topline. Toplina oslobođena tijekom raspada polonija-210 koristi se za zagrijavanje tekućeg vodika. Takav motor može razviti potisak do 0 11 kg sa specifičnim impulsom od 700 - 800 sekundi.

Ova vrsta generatora danas se najčešće koristi za napajanje ugrađene opreme i grijanje svemirskih letjelica. Prema devet generatora radioizotopa u orbiti u Sjedinjenim Državama 1992. godine, osam je bilo termoelektrično s izotopom Pu238 kao gorivom. U radioizotopskom termoelektričnom generatoru (RTG), toplinska energija se izravno pretvara u električnu energiju na temelju Seebeckovog efekta.

Treba reći da se u posljednje vrijeme u SAD-u mnogo pažnje posvećuje poslu koji se odnosi na traženje učinkovitijih načina pretvaranja toplinske energije RHS-a na plutonijumu-238 od termoelektričnog. To prvenstveno uključuje rad na stvaranju termo-fotoelektričnih generatora radioizotopa i generatora radioizotopa AMTES (toplinska pretvorba alkalnih metala u električnu) koristeći, u oba slučaja, radioizotopske izvore topline na bazi plutonija-238, prethodno razvijene za RTG u svemirske svrhe.

Godine 1965. u Lajpcigu (GDR) demonstriran je sovjetski radioizotopski hev: beta-2 erator, koji je također napajao električnu energiju instrumente automatske meteorološke stanice. Beta-2 je nagrađena zlatnom medaljom na jubilarnom sajmu u Lajpcigu. Iste godine za izolaciju brodskih sistema nekoliko umjetnih Zemljinih satelita serije Cosmos korišteni su radioizotopski generatori različitog tipa snage 5-50 W, čije je lansiranje bilo predviđeno programom svemira istraživanje usvojeno u SSSR -u.