Jaderný zdroj energie sondy New Horizons
Kosmická sonda New Horizons získává
elektrickou energii z palubního radioizotopového termoelektrického
generátoru RTG [=Radioisotope Thermoelectric Generator]. Jedná se o lehký,
kompaktní zdroj energie, který je zároveň vysoce spolehlivý. RTG nemá
žádné pohyblivé části a nepoužívá ani štěpnou ani fúzní reakci. Elektřina
se naopak vyrábí při přirozeném rozpadu plutonia (především izotopu 238).
Teplo uvolňující se při tomto rozpadu se převádí přímo na elektrickou
energii v instalovaných termočláncích, na nichž se vytváří elektrické napětí
pouhým rozdílem teplot.
RTG dovoluje produkci elektřiny i ve značných vzdálenostech od Slunce,
případně v jiných místech, na nichž by fotovoltaické články nebyly
použitelné. Při srovnání s jinými zdroji vychází z hlediska výkonu,
spolehlivosti a trvanlivosti pro vnější oblasti solárního sytému naprosto
nejvýhodněji.
USA použily radioizotopový termoelektrický generátor během posledních
40 let již na 24 kosmických misích. Ve všech případech fungoval
RTG naprosto spolehlivě a nikdy se nestal příčinou selhání (ve třech
případech došlo k závadám na jiných systémech). RTG má za sebou tedy
více než 40 roků vylepšování konstrukce, analýz a zkoušek. Bezpečnosti
je dosaženo kombinací mnoha faktorů. Generátor používá speciální typ paliva,
modulární konstrukci a rozdělení na několik fyzicky oddělených článků,
čímž se snižuje nebezpečí při porušení těsnosti obalu.
Palivo - PuO2 - použité v generátoru
je tvořeno speciálně tvarovanými peletami (granulemi) ohnivzdorného
keramického materiálu. Tím se redukuje riziko rozptýlení nebezpečné látky
do okolí po havárii rakety při startu případně během zániku při nečekaném
návratu do atmosféry. Keramická forma se nerozpouští ve vodě a jen nepatrně
reaguje s ostatními chemickými látkami. Pokud se rozlomí, rozpadne
se na relativně velké kousky, které jsou méně nebezpečné než oblak malých,
mikroskopických částeček.
Veškerý objem paliva v RTG je rozdělen do 18 malých nezávislých
modulů, každý z nich má vlastní obal, chránících proti teplotě a nárazu.
Toto řešení snižuje šanci na únik paliva, protože je málo pravděpodobné,
že by se všechny články pro havárii poškodily stejným způsobem.
Palivo je uzavřeno v několika vrstvách ochranného obalu. Obal tvoří
plášť z iridia, bloky z vysoce pevného grafitu. Iridium je pevný
a houževnatý kov odolný proti korozi. Teplota tavení leží velmi vysoko.
Z takového materiálu je zhotoven obal každé pelety. Lehký žáruvzdorný
grafit je další ochrannou vrstvou, která se uplatní především při případném
nárazu.
Analýza rizik a povolovací proces
Každý americký kosmický projekt, který hodlá použít na palubě umělého
kosmického tělesa jaderný zdroj energie, musí být podroben bezpečnostní
analýze ministerstva energetiky DOE [=Department of Energy]. Analýza
hodnotí vyčerpávajícím způsobem následky všech možných scénářů potenciální
havárie při startu. Do posouzení rizikových faktorů se následně zapojuje
skupina INSRP [=Interagency Nuclear Safety Review Panel] složená z expertů
z průmyslu, vědy a státní správy. Je další složkou povolovacího řízení
startu z hlediska nukleární bezpečnosti. Na základě kladných stanovisek
DOE, INSRP a některých federálních institucí teprve může NASA požádat
o povolení Úřad pro vědu a technologii OSTP [=Office of Science and
Technology Policy], spadající pod agendu Bílého domu. Ředitel OSTP, který
má status poradce prezidenta USA, pak rozhodne sám nebo vydá prezidentovi
doporučení ohledně toho, zda bude start povolen. Bez tohoto svolení nelze
na projektu pokračovat.
Možné alternativy
Sonda New Horizons se vydala do oblastí,
v nichž se Slunce mění na pouhou jasnou hvězdu na obloze. Sluneční
světlo je u Pluta více než 1000x slabší než v blízkosti Země. Pro
takovéto vzdálenosti neexistuje prakticky jiná technicky reálná alternativa,
jak spolehlivě zabezpečit dostatek elektrické energie pro systémy a přístroje
sondy, než využít jaderného generátoru.
Radiační rizika plutonia 238
Plutonium 238 (Pu-238) nelze použít
k výrobě nukleárních zbraní. Zbraně jsou konstruovány z jiných
izotopů plutonia (Pu-239).
Pu-238 jako každý radioaktivní prvek se přirozeně
rozpadá, přičemž emituje záření alfa, což jsou v podstatě jádra hélia.
Takovéto záření dokáže proniknout ve vzduchu pouze do vzdálenosti přibližně
0.1 m. Jestliže je takovéto jaderné palivo uzavřeno v iridiovém obalu,
nepředstavuje záření alfa žádné nebezpečí pro okolí. Kromě záření alfa
se v případě materiálu PuO2 uvolňuje i jisté
množství záření gama a neutronů. Ani tento typ záření není v dávkách,
které jsou v tomto případě produkovány, nebezpečný. Záření alfa se dá
odstínit oděvem, vnější vrstvou pokožky či pouhým listem papíru.
Pu-238 by se mohlo ale stát značně nebezpečným,
pokud by se dostalo přímo do těla, například vdechnutím drobných částeček.
Jestliže by osoba vdechla částečky PuO2, nebezpečná
látka by se usadila v plícních sklípcích a záření by takřka
s jistotou vyvolalo určitý druh rakoviny. Z tohoto důvodu je
v reaktoru RTG použita keramická forma plutonia, u níž je nepravděpodobné,
že by se mohla rozptýlit v částečkách, které by šlo snadno inhalovat.
Keramická forma je rovněž nesnadno rozpustná ve vodě, takže se dost dobře
nemůže dostat do podzemních vod nebo do organismů rostlinstva.
Analýza provedená při příležitosti vypuštění
New Horizons poskytla údaj, že riziko
havárie při vzletu s následným uvolněním plutonia připadá asi na
jeden ze 350 startů. I pak je riziko pro obyvatelstvo velice nízké,
protože nejobvyklejší nehody při vypouštění raket jsou schopny uvolnit do
životního prostředí maximálně jen takové množství radiace, která ani
nedosahuje úrovně přirozeného radiačního pozadí. V oblasti havárie
by tak nedošlo k žádnému zvýšení nebezpečí onemocnění rakovinou.
Počet reakcí: 2
Poslední: 2011-11-24 00:36:36
|