Плутоний-238: российская атомная батарейка для космоса

В России разработан прототип радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ) на основе изотопа плутония-238. Это устройство может обеспечивать электроэнергией космические аппараты десятки лет без подзарядки и риска перегрева. Как работает РИТЭГ и где он может пригодиться?


Плутоний-238 — это радиоактивный изотоп химического элемента плутония, который не подходит для создания ядерного оружия, но имеет высокую тепловую мощность. Он распадается с периодом полураспада около 88 лет, при этом выделяя альфа-частицы и тепло. Это тепло можно преобразовать в электричество с помощью термоэлектрических элементов, которые состоят из двух разных металлов, соединенных электрической цепью. Когда один конец элемента нагревается, а другой остается холодным, в цепи возникает разность потенциалов и течет электрический ток.

РИТЭГ состоит из нескольких термоэлектрических элементов, которые окружают ядро из плутония-238 в защитном контейнере. Такое устройство имеет ряд преимуществ перед другими источниками энергии для космоса, такими как солнечные батареи или химические батареи. Во-первых, РИТЭГ работает независимо от освещенности и температуры окружающей среды, что позволяет использовать его в глубоком космосе или на темной стороне планет. Во-вторых, РИТЭГ имеет долгий срок службы, который определяется периодом полураспада плутония-238. Например, через 10 лет работы РИТЭГ потеряет только 7% своей мощности, а через 50 лет — 35%. В-третьих, РИТЭГ имеет высокую надежность и простоту конструкции, не требующей обслуживания или регулировки.

РИТЭГи широко используются для питания космических аппаратов, которые отправляются в дальние и сложные для исследования места Солнечной системы. Например, РИТЭГи были установлены на американских марсоходах «Спирит» и «Оппортьюнити», которые проработали на Марсе в 6 и 14 раз дольше запланированного срока соответственно. Также РИТЭГи питают аппараты «Кассини», «Новые горизонты», «Вояджер-1» и «Вояджер-2», которые изучают планеты-гиганты и их спутники, а также выходят за пределы Солнечной системы. С помощью РИТЭГов можно создавать автономные научные станции на Луне, Марсе или других небесных телах, а также размещать радиомаяки и датчики на астероидах и кометах.

Россия является одним из мировых лидеров в области производства плутония-238, который получается в ходе облучения необогащеннного урана в ядерных реакторах. В настоящее время в России разработан прототип РИТЭГа мощностью 100 Вт, который может использоваться для космических и наземных целей. Этот РИТЭГ имеет габариты 22×22×43 см и массу около 30 кг. Он состоит из 36 тепловыделяющих сборок с плутонием-238 и 216 термоэлектрических модулей. Для обеспечения безопасности РИТЭГ способен выдержать падение с высоты 150 метров, воздействие высоких температур и радиации, а также взрыв эквивалентный 30 кг тротила.

РИТЭГ на плутонии-238 — это перспективный источник энергии для дальнего космоса, который может открыть новые возможности для исследования Солнечной системы и за её пределами. Благодаря этому устройству мы можем получать уникальную информацию о далеких и неизведанных мирах, которые кроют в себе множество тайн и загадок.