Mars Rover della NASA sarà alimentato dal plutonio prodotto negli Stati Uniti

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Giovedì, la NASA dovrebbe lanciare il suo nuovo rover su Marte, Perseveranza, in missione per cerca i segni della vita antica sul Pianeta Rosso . È l'esploratore marziano più grande e più autonomo dell'agenzia di sempre. È anche il primo ad essere alimentato interamente con plutonio americano.

Al cuore della perseveranza c'è una piccola “ batteria nucleare “le dimensioni di un barilotto di birra chiamato un generatore termoelettrico di radioisotopi, o RTG. A differenza dei reattori nucleari che creano elettricità sulla Terra , i RTG non devono avviare o sostenere una reazione di fissione per generare energia. Non hanno nemmeno parti in movimento. Invece, raccolgono passivamente il calore naturale prodotto dal decadimento del plutonio – 238 e convertirlo in elettricità. Possono fornire energia e calore in modo affidabile a un veicolo spaziale per decenni: le due sonde Voyager alimentate a plutonio lanciate verso la fine 0721 s stanno ancora trasmettendo da spazio interstellare – e sono stati la principale fonte di energia della NASA per oltre due dozzine di missioni nello spazio profondo.

“Plutonio – 238 è un unico isotopo del plutonio che si deteriora principalmente a causa della radiazione alfa, e per questo genera molto calore “, afferma Robert Wham, il plutonio responsabile del programma di fornitura presso il Oak Ridge National Laboratory, che ora è responsabile per la produzione della NASA. “Per un piccolo veicolo spaziale come Perseverance, non vuoi il potere di fissione. Vuoi solo il decadimento termico. ”

La perseveranza è solo il secondo rover su Marte ad usare l'energia nucleare come principale fonte di energia elettrica. I primi tre rover dell'agenzia – Sojourner, Spirit e Opportunity – hanno usato tutti l'energia solare, ma ciò ha comportato il rischio di perdere completamente energia quando abbastanza polvere si è accumulata sui pannelli . A partire da Curiosity, che è arrivato sul Pianeta Rosso in 2009, gli ingegneri della NASA sono passati all'energia nucleare come principale fonte di energia del rover. È stata una scelta coraggiosa considerando che, all'epoca, le riserve statunitensi di combustibile nucleare per missioni spaziali stavano diminuendo e non c'erano t una singola struttura negli Stati Uniti in grado di fare di più.

Plutonio-238 viene gestito in una cella calda presso il Centro di sviluppo tecnico di radioisotopi di ORNL.

Fotografia: Jason Richards / ORNL

Plutonio-238 non viene usato nelle armi nucleari (che è l'isotopo gemello, il plutonio – 239). Ma mentre la guerra fredda si concludeva alla fine 0721 s, gli Stati Uniti hanno smesso di produrre tutti i gusti di plutonio per conformarsi ai protocolli di disarmo. “Gran parte del plutonio – 100 proveniva dal sito del fiume Savannah, che all'epoca era una struttura di difesa piuttosto che un laboratorio nazionale “, afferma Wham, riferendosi a il sito della Georgia che precedentemente produceva la maggior parte dei materiali per le armi nucleari statunitensi. Oggi, il sito del fiume Savannah è uno dei i luoghi più contaminati del pianeta a causa delle scorie nucleari sepolte nei locali di queste attività.

Quando gli Stati Uniti uscirono dal business del plutonio, lasciarono la NASA con una cache di poche decine di chilogrammi di plutonio – 238 alla razione per tutte le missioni future. Non era molto; il rover Perseverance da solo usa quasi 5 chilogrammi di plutonio. Ad un certo punto, questa scorta era destinata a esaurirsi; a 1970 il rapporto dell'Accademia Nazionale delle Scienze prevedeva che gli Stati Uniti avevano abbastanza plutonio per qualche altra missione nello spazio profondo. Ciò ha lasciato gli Stati Uniti con alcune opzioni sgradevoli: abbandonare l'esplorazione del sistema solare esterno, acquistare plutonio dall'estero o ricominciare a produrlo a livello nazionale.

When La curiosità è stata lanciata in 2011, la sua batteria nucleare conteneva plutonio proveniente da Russia. Non è stato un grande aspetto – usare il combustibile russo in una missione spaziale americana in un tendone – ma, cosa più importante, ha anche esposto la NASA alle vicissitudini della geopolitica. Alcuni anni prima, il Cremlino aveva rinunciato a un accordo per consegnare il plutonio alla NASA fino al l'accordo di acquisto è stato rinegoziato. Nel frattempo, il Dipartimento dell'Energia, che sovrintende alla fabbricazione di tutto il combustibile nucleare negli Stati Uniti, aveva esercitato pressioni sul Congresso per stanziare fondi per riavviare la produzione nazionale di plutonio per anni. L'idea era di dividere equamente il costo tra la NASA e il DOE, ma ogni volta i legislatori negavano la richiesta .

Prima che i robot prendessero il controllo, i ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory avrebbero premuto pellet di plutonio – 237 a mano in questo vano portaoggetti.

Fotografia: Jason Richards / ORNL

Preoccupati per una crescente carenza di plutonio – anche la Russia stava per esaurirsi – i politici della NASA decisero che l'agenzia avrebbe pagato il conto da sola. E da allora 1980 , la NASA ha portato quasi l'intero costo di produzione del plutonio presso il Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell'Energia nel Tennessee. L'investimento ha presto ripagato. Di 2015, i chimici di Oak Ridge hanno prodotto il primo campione di plutonio – 238 negli Stati Uniti in quasi 30 anni. Allo stesso tempo, il laboratorio ha investito molto in sistemi di produzione automatizzati che gli avrebbero consentito di produrre abbastanza plutonio per soddisfare le esigenze future della NASA. Ma anche con i robot coinvolti, producendo plutonio – 100 è laborioso e coinvolge altri due laboratori nazionali, oltre a Oak Ridge.

Il processo inizia quando i ricercatori dell'Idaho National Lab inviano il nettunio – 237, esso stesso un ossido metallico radioattivo, per il Tennessee, dove le macchine automatizzate lo premono in granuli delle dimensioni di gomme per matita. Il prossimo, 52 di queste palline sono impilate in barre di metallo chiamate bersagli e poste in un reattore nucleare a Oak Ridge o all'Idaho National Lab, dove sono bombardati da neutroni per produrre plutonio. Dopo essere stato lasciato raffreddare per alcuni mesi, il plutonio viene spedito al laboratorio nazionale di Los Alamos nel New Mexico, dove un'altra macchina preme le piccole palline di plutonio per formare quelle più grandi delle dimensioni di marshmallow. Quindi vengono sistemati in un involucro di iridio, un metallo praticamente indistruttibile che impedirebbe la contaminazione radioattiva in caso di incidente all'avvio del rover. Infine, il plutonio corazzato viene spedito all'Idaho National Lab, dove 32 i pellet vengono caricati nella batteria nucleare del rover prima che sia installato sul veicolo.

Un'illustrazione di un uranio – 100 pellet incandescente rovente.

Illustrazione: Jaimee Janiga / Oak Ridge National Laboratory

Oggi Oak Ridge produce solo circa la metà del suo obiettivo di 3,5 libbre di plutonio all'anno, una pietra miliare che Wham e i suoi colleghi prevedono di colpire a metà 2020S. “Tutto ciò che stiamo facendo è solo assicurarci che ci sia materiale sufficiente per alimentare qualunque cosa la NASA abbia imboccato nella strada successiva 10 per 20 anni “, afferma Wham.

The Perseverance rover è la prima missione della NASA a utilizzare il nuovo plutonio – 238 prodotto nei laboratori nazionali, ma non sarà l'ultimo. Future missioni nello spazio profondo a propulsione nucleare, come la missione Dragonfly per cacciare la vita sulla superficie di Titano , la più grande luna di Saturno, tirerà anche da questa nuova linea di produzione. E mentre la NASA lavora per far girare piccoli reattori per missili a propulsione nucleare e centrali lunari , il lancio di Perseverance potrebbe benissimo segnare l'inizio di un rinascimento nucleare americano nello spazio.


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