Generator termoelectric cu radioizotopi

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 17 august 2022; verificările necesită 2 modificări .

RTG ( generator termoelectric radioizotop ) este o sursă de energie electrică radioizotopică care utilizează energia termică eliberată în timpul dezintegrarii naturale a izotopilor radioactivi și o transformă în energie electrică folosind un generator termoelectric .

În comparație cu reactoarele nucleare care utilizează o reacție în lanț , RTG-urile sunt atât mult mai mici, cât și mai simple din punct de vedere structural. Puterea de ieșire a RTG este foarte scăzută (până la câteva sute de wați ) cu o eficiență scăzută . Dar nu au piese în mișcare și nu necesită întreținere pe toată durata de viață, care poate fi calculată în decenii, datorită căreia pot fi folosite în spațiu pentru funcționarea stațiilor interplanetare automate sau pe Pământ pentru funcționarea radiofaruri.

Aplicație

RITEG-urile sunt aplicabile ca surse de energie pentru sistemele autonome îndepărtate de sursele tradiționale de alimentare și care necesită câteva zeci până la sute de wați cu un timp de funcționare foarte lung, prea lung pentru pile de combustie sau baterii .

În spațiu

RITEG-urile sunt principala sursă de alimentare a navelor spațiale care efectuează o misiune lungă și departe de Soare (de exemplu, Voyager 2 sau Cassini-Huygens ), unde utilizarea panourilor solare este ineficientă sau imposibilă.

Plutoniul-238 în 2006, la lansarea sondei New Horizons către Pluto , și-a găsit utilizarea ca sursă de energie pentru echipamentele navelor spațiale [1] . Generatorul de radioizotopi conținea 11 kg de dioxid de Pu 238 de înaltă puritate , producând o medie de 220 W de energie electrică pe toată durata călătoriei ( 240 W la începutul călătoriei și, conform calculelor, 200 W la sfârșit) [2] [3] .

Sondele Galileo și Cassini au fost, de asemenea, echipate cu surse de energie alimentate cu plutoniu [4] . Roverul Curiosity este alimentat de plutoniu-238 [5] . Rover-ul folosește cea mai recentă generație de RTG-uri numită Generator Termoelectric Radioizotop Multi-Mission . Acest dispozitiv produce 125 W de putere electrică , iar după 14 ani - 100 W [6] .

Câteva kilograme de 238 PuO 2 au fost folosite pe unele dintre zborurile Apollo pentru a alimenta instrumentele ALSEP . Generatorul de energie SNAP-27 ( Eng.  Systems for Nuclear Auxiliary Power ), a cărui putere termică și electrică era de 1480 W , respectiv 63,5 W , conținea 3,735 kg de dioxid de plutoniu-238.

Pe Pământ

RITEG-urile au fost utilizate în balize de navigație , radiobalize , stații meteo și echipamente similare instalate în zone în care, din motive tehnice sau economice, nu este posibilă utilizarea altor surse de energie. În special, în URSS au fost folosite ca surse de energie pentru echipamentele de navigație instalate pe coasta Oceanului Arctic de -a lungul Rutei Mării Nordului . În prezent, din cauza riscului de scurgere de radiații și materiale radioactive, practica instalării RTG-urilor nesupravegheate în locuri greu accesibile a fost oprită.

În SUA, RTG-urile au fost folosite nu numai pentru surse de energie de la sol, ci și pentru geamanduri maritime și instalații subacvatice. De exemplu, în 1988, URSS a descoperit două RTG-uri americane lângă cablurile de comunicații sovietice în Marea Okhotsk. Numărul exact de RTG-uri instalate de SUA este necunoscut, estimările organizațiilor independente indicând 100-150 de instalații în 1992 [7] .

Plutoniul-236 și plutoniul-238 au fost folosite pentru a face baterii electrice atomice, a căror durată de viață ajunge la 5 ani sau mai mult. Sunt utilizate în generatoarele de curent care stimulează inima ( pacemaker ) [8] [9] . În 2003, în Statele Unite erau 50–100 de persoane cu un stimulator cardiac cu plutoniu [10] . Înainte de interzicerea producției de plutoniu-238 în Statele Unite, era de așteptat ca utilizarea acestuia să se răspândească la costumele scafandrilor și astronauților [11] .

Combustibil

Materialele radioactive utilizate în RTG-uri trebuie să respecte următoarele caracteristici:

Plutoniul-238 , curiumul - 244 și stronțiul-90 sunt izotopii cei mai des utilizați. De asemenea, au fost studiați și alți izotopi precum poloniu-210 , prometiu -147 , cesiu-137 , ceriu - 144, ruteniu - 106, cobalt-60 , curiu-242 și izotopi ai tuliului . De exemplu, poloniul-210 are un timp de înjumătățire de numai 138 de zile, cu o putere termică inițială uriașă de 140 de wați pe gram. Americiu -241 cu un timp de înjumătățire de 433 de ani și o eliberare de căldură de 0,1 W / gram [12] .

Plutoniul-238 este cel mai des folosit în nave spațiale. Dezintegrarea alfa cu o energie de 5,5 MeV (un gram dă ~ 0,54 W ). Timpul de înjumătățire este de 88 de ani (pierderea de putere 0,78% pe an) cu formarea unui izotop foarte stabil 234 U. Plutoniul-238 este un emițător alfa aproape pur, ceea ce îl face unul dintre cei mai siguri izotopi radioactivi cu cerințe minime de protecție biologică. Cu toate acestea, obținerea unui izotop al 238-lea relativ pur necesită funcționarea unor reactoare speciale, ceea ce îl face costisitor [13] [14] .

Stronțiul-90 a fost utilizat pe scară largă în RTG-urile de la sol ale producției sovietice și americane. Un lanț de două dezintegrari β oferă o energie totală de 2,8 MeV (un gram dă ~0,46 W ). Timpul de înjumătățire 29 de ani pentru a forma 90 Zr stabil . Stronțiul-90 este obținut din combustibilul uzat de la reactoare nucleare în cantități mari. Ieftinitatea și abundența acestui izotop determină utilizarea sa pe scară largă în echipamentele terestre. Spre deosebire de plutoniu-238, stronțiul-90 creează un nivel semnificativ de radiații ionizante de înaltă penetrabilitate, ceea ce impune cerințe relativ mari pentru protecția biologică [14] .

Există un concept de RTG-uri subcritice [15] [16] . Generatorul subcritic constă dintr-o sursă de neutroni și un material fisionabil. Neutronii sursei sunt captati de nucleii materialului fisionabil si provoaca fisiunea acestora. Principalul avantaj al unui astfel de generator este că energia eliberată în timpul reacției de fisiune este mult mai mare decât energia dezintegrarii alfa. De exemplu, pentru plutoniu-238, acesta este de aproximativ 200 MeV față de 5,6 MeV eliberați de acest nuclid în timpul dezintegrarii alfa. În consecință, cantitatea necesară de substanță este mult mai mică. Numărul de dezintegrari și activitatea radiativă în ceea ce privește eliberarea de căldură sunt, de asemenea, mai mici. Acest lucru reduce greutatea și dimensiunile generatorului.

RTG-uri la sol în Rusia

În timpul erei sovietice, 1007 RTG-uri au fost fabricate pentru operare la sol. Aproape toate au fost realizate pe baza unui element de combustibil radioactiv cu izotopul stronțiu-90 (RIT-90). Elementul de combustibil este o capsulă sudată și etanșă puternică, în interiorul căreia se află un izotop. Au fost produse mai multe variante de RIT-90 cu diferite cantități de izotop [17] . RTG a fost echipat cu una sau mai multe capsule RHS, protecție împotriva radiațiilor (deseori bazată pe uraniu sărăcit ), un generator termoelectric, un radiator de răcire, o carcasă etanșă și circuite electrice. Tipuri de RTG-uri produse în Uniunea Sovietică: [17] [18]

Tip de Activitate inițială, kCi Putere termica, W Putere electrica, W Eficiență, % Greutate, kg Anul lansării
Ether-MA 104 720 treizeci 4.167 1250 1976
IEU-1 465 2200 80 3,64 2500 1976
IEU-2 100 580 paisprezece 2.41 600 1977
Beta-M 36 230 zece 4.35 560 1978
Gong 47 315 optsprezece 5.714 600 1983
corn 185 1100 60 5.455 1050 1983
IEU-2M 116 690 douăzeci 2.899 600 1985
Senostav 288 1870 - - 1250 1989
IEU-1M 340 2200 120 5.455 2100 1990

Durata de viață a instalațiilor poate fi de 10-30 de ani , pentru cele mai multe dintre ele s-a încheiat. RTG este un pericol potențial deoarece este situat într-o zonă nelocuită și poate fi furat și apoi folosit ca o bombă murdară . Au fost înregistrate cazuri de demontare a RTG-urilor de către vânătorii de metale neferoase [19] , în timp ce hoții înșiși au primit o doză letală de radiații [20] .

În prezent, acestea sunt demontate și eliminate sub supravegherea Agenției Internaționale pentru Energie Atomică și cu finanțare din Statele Unite, Norvegia și alte țări [17] . Până la începutul anului 2011, 539 de RTG-uri au fost demontate [21] . Începând cu 2012, 72 de RTG-uri sunt în funcțiune, 2 sunt pierdute, 222 sunt în depozit, 32 sunt în proces de casare [22] [23] . În Antarctica au fost operate patru instalații [24] .

Nu se mai produc RITEG-uri noi pentru navigație, în schimb se instalează centrale eoliene și convertoare fotovoltaice [20] , în unele cazuri generatoare diesel. Aceste dispozitive se numesc AIP ( surse alternative de energie). Acestea constau dintr-un panou solar (sau generator eolian), un set de baterii care nu necesită întreținere, un far LED (circular sau pivot), o unitate electronică programabilă care setează algoritmul de funcționare a farului.

Cerințe de proiectare RTG

În URSS, cerințele pentru RTG au fost stabilite de GOST 18696-90 „Generatoare termoelectrice cu radionuclizi. Tipuri și cerințe tehnice generale”. și GOST 20250-83 Generatoare termoelectrice cu radionuclizi. Reguli de acceptare și metode de testare.

Incidente cu RTG-uri în CSI

Surse de date — NPO Bellona [26] și AIEA [17]

data Loc
1983 martie Capul Nutevgi , Chukotka Deteriorări grave ale RTG pe drumul către locul de instalare. Faptul accidentului a fost ascuns de personal, descoperit de comisia Gosatomnadzor în 1997. Începând cu 2005, acest RTG a fost abandonat și a rămas la Capul Nutevgi. Începând cu 2012, toate RTG-urile au fost eliminate din regiunea autonomă Chukotka [27] .
1987 Cape Low , regiunea Sakhalin În timpul transportului, elicopterul a aruncat un RITEG de tip IEU-1, care aparținea Ministerului Apărării al URSS, în Marea Ochotsk. Din 2013, lucrările de căutare continuă, intermitent [28] .
1997 Dușanbe , Tadjikistan Trei RTG-uri expirate au fost depozitate dezasamblate de persoane necunoscute într-un depozit de cărbune din centrul orașului Dushanbe, un fond gamma crescut a fost înregistrat în apropiere [29] .
1997 august Capul Maria , regiunea Sahalin În timpul transportului, elicopterul a căzut în Marea Okhotsk un RITEG de tip IEU-1 nr. 11, fabricat în 1995, care a rămas în partea de jos la o adâncime de 25-30 m. Zece ani mai târziu, pe 2 august, 2007, RTG a fost ridicat și trimis spre eliminare [30] [31] . Au fost efectuate o examinare externă și măsurători ale radiațiilor radioactive. Rezultatele examinării externe au arătat că carcasa de protecție nu a fost deteriorată, au concluzionat specialiștii RHBZ SG VMR : puterea radiațiilor gamma și absența contaminării radioactive corespund situației normale de radiație [32] ..
1998 iulie Portul Korsakov , regiunea Sahalin La punctul de colectare fier vechi a fost găsit un RITEG dezasamblat aparținând Ministerului Apărării din RF.
1999 Regiunea Leningrad RITEG a fost jefuit de vânători pentru metale neferoase. Un element radioactiv (fond aproape de - 1000 R/h) a fost găsit la o stație de autobuz din Kingisepp .
2000 Capul Baraniha , Chukotka Fondul natural din apropierea aparatului a fost depășit de mai multe ori din cauza defecțiunii RITEG.
mai 2001 Golful Kandalaksha , regiunea Murmansk Trei surse de radioizotopi au fost furate de la farurile de pe insulă, care au fost descoperite și trimise la Moscova.
februarie 2002 Georgia de Vest În apropiere de satul Liya, districtul Tsalenjikha , locuitorii locali au găsit două RTG-uri, pe care le-au folosit ca surse de căldură și apoi le-au demontat. Drept urmare, mai multe persoane au primit doze mari de radiații [33] [34] .
2003 Insula Nuneangan , Chukotka S-a stabilit că radiația externă a aparatului a depășit limitele permise de 5 ori din cauza deficiențelor în proiectarea acestuia.
2003 Insula Wrangel , Chukotka Din cauza eroziunii litoralului, RTG-ul instalat aici a căzut în mare, unde a fost spălat de sol. În 2011, a fost aruncat pe coastă de o furtună. Protecția împotriva radiațiilor a dispozitivului nu este deteriorată [35] . În 2012, a fost exportat de pe teritoriul regiunii autonome Chukotka [27] .
2003 Capul Shalaurova Izba , Chukotka Fondul de radiație din apropierea instalației a fost depășit cu un factor de 30 din cauza unui defect în proiectarea RITEG [36] .
martie 2003 Pihlisaar , regiunea Leningrad RITEG a fost jefuit de vânători pentru metale neferoase. Elementul radioactiv a fost aruncat pe stratul de gheață. Capsula fierbinte cu stronțiu-90, topită prin gheață, s-a dus la fund, fundalul aproape a fost de 1000 R/h. Capsula a fost găsită curând la 200 de metri de far.
2003 august Districtul Shmidtovsky , Chukotka Inspecția nu a găsit RTG de tip Beta-M nr. 57 la locul de instalare din apropierea râului Kyvekvyn ; conform versiunii oficiale, s-a presupus că RTG a fost spălat în nisip ca urmare a unei furtuni puternice sau că a fost furat.
2003 septembrie Insula Golets , Marea Albă Personalul Flotei de Nord a descoperit furtul metalului de protecție biologică RTG pe insula Goleț. A fost spartă și ușa farului, unde a fost depozitat unul dintre cele mai puternice RTG-uri cu șase elemente RIT-90, care nu au fost furate.
noiembrie 2003 Golful Kola , Olenya Guba și Insula Goryachinsky de Sud Două RTG-uri aparținând Flotei de Nord au fost jefuite de vânători pentru metale neferoase, iar elementele lor RIT-90 au fost găsite în apropiere.
2004 Priozersk , Kazahstan O situație de urgență care a apărut ca urmare a demontării neautorizate a șase RTG-uri.
martie 2004 Cu. Valentin , regiunea Primorsky Un RTG aparținând Flotei Pacificului a fost găsit demontat, se pare de către vânătorii de metale neferoase. Elementul radioactiv RIT-90 a fost găsit în apropiere.
iulie 2004 Norilsk Pe teritoriul unității militare au fost găsite trei RTG-uri, debitul dozei la distanță de 1 m de care era de 155 de ori mai mare decât fondul natural.
iulie 2004 Capul Navarin , Chukotka Deteriorări mecanice ale corpului RTG de origine necunoscută, ducând la depresurizare și a căzut o parte din combustibilul radioactiv. RTG de urgență a fost scos spre eliminare în anul 2007, zonele afectate ale teritoriului adiacent au fost decontaminate [37] .
septembrie 2004 Bunge Land , Yakutia Eliberarea de urgență a două RTG transportabile dintr-un elicopter. Ca urmare a impactului asupra solului, integritatea protecției împotriva radiațiilor a carenei a fost încălcată, rata dozei de radiații gamma în apropierea locului de impact a fost de 4 m Sv / h.
2012 Insula Lishny , Taimyr La locul de instalare au fost găsite fragmente din RITEG-ul proiectului „Gong”. Se presupune că dispozitivul a fost spălat în mare [24] .
8 august 2019 Poligonul Nyonoksa , regiunea Arhangelsk Potrivit relatărilor din presă, incidentul care a luat viața a cinci persoane s-a produs în timpul testelor pe teren ale unui accelerator promițător - un sistem de propulsie cu propulsie lichidă, la bordul căruia erau montate „baterii” cu radioizotopi [38] .

Vezi și

Note

  1. ↑ Konstantin Lantratov. Pluto a devenit mai aproape  // Ziarul Kommersant: articol. - Kommersant, 2006. - Numărul. 3341 , nr. 10 .
  2. ↑ Alexandru Sergheev. Sonda la Pluto: Un început perfect pentru o călătorie grozavă . - Elements.Ru, 2006.
  3. ↑ Timoshenko, Alexei Era spațială - nu era nevoie de o persoană . gzt.ru (16 septembrie 2010). Consultat la 22 octombrie 2010. Arhivat din original la 19 aprilie 2010.
  4. ↑ Energy of Pure Science: Collider Current  // physics arXiv blog Popular Mechanics: articol. - 12.08.10.
  5. ↑ NASA a efectuat primul test drive al noului rover . Lenta.ru (26 iulie 2010). Consultat la 8 noiembrie 2010. Arhivat din original pe 2 noiembrie 2012.
  6. ↑ Ajay K. Misra. Prezentare generală a programului NASA privind dezvoltarea sistemelor de energie radioizotopică cu putere specifică mare  //  NASA/JPL: prezentare generală. — San Diego, California, iunie 2006.
  7. ↑ Serviciul Mondial de Informare despre Energie. Incendiul din Alaska amenință armele nucleare ale forțelor aeriene. . Consultat la 7 decembrie 2014. Arhivat din original la 25 februarie 2021.
  8. ↑ Drits M. E. et al.Properties of elements . — Manual. - M . : Metalurgie, 1985. - 672 p. - 6500 de exemplare.
  9. ↑ Venkateswara Sarma Mallela, V Ilankumaran, N. Srinivasa Rao. Tendințe în bateriile pentru stimulatoare cardiace  (engleză)  // Indian Pacing Electrophysiol J: articol. - 1 octombrie 2004. - Iss. 4 , nr. 4 .
  10. ↑ Stimulator alimentat cu plutoniu (1974  ) . Universități asociate Oak Ridge (23 martie 2009). Data accesului: 15 ianuarie 2011. Arhivat din original la 22 august 2011.
  11. ↑ Bayles, John J.; Taylor, Douglas. SEALAB III -  Sistem izotopic de încălzire pentru costum de baie pentru scafandru . Departamentul Apărării (1970). Data accesului: 15 ianuarie 2011. Arhivat din original la 23 august 2011.
  12. ↑ Tehnologii nucleare și emergente pentru spațiu (2012). Dezvoltarea și testarea generatorului termoelectric cu radioizotop Americiu-241. . Preluat la 18 iulie 2015. Arhivat din original la 24 februarie 2021.
  13. ↑ Energie nucleară: căutare disperată de plutoniu . Data accesului: 7 decembrie 2014. Arhivat din original pe 28 noiembrie 2014.
  14. ↑ 1 2 Atomic Insights, septembrie 1996, RTG Heat Sources: Two Proven Materials . Data accesului: 7 decembrie 2014. Arhivat din original pe 2 decembrie 2014.
  15. ↑ Centrul de Cercetare Nucleară Spațială (link inaccesibil) . Data accesului: 7 decembrie 2014. Arhivat din original pe 6 octombrie 2014. 
  16. ^ Journal of the British Interplanetary Society. Generator termoelectric cu radioizotop cu asistență subcritică avansată . Preluat la 7 decembrie 2014. Arhivat din original la 6 august 2020.
  17. ↑ 1 2 3 4 Perspective pentru finalizarea programului de eliminare a RTG-urilor rusești // AIEA. — 2013 Arhivat 20 decembrie 2013 la Wayback Machine (text, diagrame și fotografii)
  18. ↑ Generatoare termoelectrice cu radioizotopi - Bellona . Consultat la 12 aprilie 2013. Arhivat din original pe 3 martie 2013.
  19. ↑ Dezlegarea de la Cernobîl astăzi: RTG-uri fără proprietar demontate lângă Norilsk Arhiva copie din 1 martie 2008 pe Wayback Machine  - NPO Bellona, ​​​​12 aprilie 2006
  20. ↑ 1 2 Experiența hidrografilor militari ai Federației Ruse poate accelera curățarea Rutei Nordului de RTG -uri
  21. ↑ Cooperarea internațională pentru abordarea moștenirilor războiului rece . Consultat la 5 martie 2014. Arhivat din original pe 7 martie 2014.
  22. ↑ Raportul AIEA privind eliminarea RTG, 2012 . Data accesului: 19 decembrie 2013. Arhivat din original pe 20 decembrie 2013.
  23. ↑ Raportul AIEA privind eliminarea RTG, 2011 . Data accesului: 19 decembrie 2013. Arhivat din original pe 20 decembrie 2013.
  24. ↑ 1 2 A. Krivoruchek. Două centrale electrice pentru alimentarea farurilor autonome de pe Traseul Mării Nordului au dispărut fără urmă . Izvestia (23 august 2013). Consultat la 15 septembrie 2013. Arhivat din original pe 14 septembrie 2013.
  25. ↑ SanPiN 2.6.1.2749-10 Copie de arhivă din 20 decembrie 2013 pe Wayback Machine „Cerințe igienice pentru asigurarea siguranței radiațiilor la manipularea generatoarelor termoelectrice cu radioizotopi”
  26. ↑ R. Alimov. Documente de lucru Bellona . ONG Bellona (2 aprilie 2005). Consultat la 5 iulie 2013. Arhivat din original la 6 iulie 2013.
  27. ↑ 1 2 Ultimul generator termoelectric cu radioizotop a fost scos din Chukotka. . Data accesului: 18 iulie 2015. Arhivat din original pe 4 martie 2016.
  28. ↑ IA „Sakhalin-Kurils” Copie de arhivă din 29 iunie 2015 pe Wayback Machine , 06.11.2013
  29. ↑ V. Kasymbekova . Radiația în Tadjik Faizabad - nicio amenințare? Copie arhivată din 8 august 2014 la Wayback Machine  - CentralAsia, 04/11/2011
  30. ↑ Un RTG inundat de urgență a fost ridicat de pe fundul Mării Okhotsk . Regnum (13 septembrie 2007). Preluat la 25 mai 2013. Arhivat din original la 28 decembrie 2013.
  31. ↑ Fotografie cu RTG ridicat . Preluat la 25 mai 2013. Arhivat din original la 26 decembrie 2013.
  32. ↑ Centrală electrică cu radioizotopi ridicată de pe fundul mării în largul Capului Maria , sakhalin.info . Arhivat din original pe 14 august 2017. Preluat la 11 august 2017.
  33. ↑ Raport anual AIEA 2003 . Consultat la 12 aprilie 2013. Arhivat din original pe 3 februarie 2013.
  34. ↑ AIEA. [ https://www-pub.iaea.org/MTCD/Publications/PDF/Pub1660web-81061875.pdf ACCIDENTUL RADIOLOGIC DIN LIA, GEORGIA  ] . IAEA.org . Preluat la 22 mai 2020. Arhivat din original la 12 iulie 2017.
  35. ↑ Ultimul RTG (link inaccesibil) . Administrația districtului municipal Chaunsky (28 mai 2012). Data accesului: 8 iulie 2013. Arhivat din original pe 9 iulie 2013. 
  36. ↑ V. Litovka. Accident permanent cu radiații lente (link inaccesibil) . buletinul informativ „Kaira-vestnik” (nr. 4, septembrie 2002). Consultat la 15 septembrie 2013. Arhivat din original la 17 ianuarie 2010. 
  37. ↑ Accidentul de la Capul Navarin din districtul Beringovsky din Chukotka a fost eliminat Arhivat la 21 mai 2013.  — chukotken.ru, 11 septembrie 2003
  38. ↑ Alexey Ramm, Roman Krețul, Alexey Kozachenko. Revoluție cu jet: „bateriile nucleare” au fost testate lângă Severodvinsk . Izvestia (15 august 2019). Preluat la 17 august 2019. Arhivat din original la 1 martie 2021.

Link -uri