Radioizotopowy generator termoelektryczny

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
RTG zastosowany w sondach Voyager

Radioizotopowy generator termoelektryczny, radioizotopowa bateria termoelektryczna (ang. radioisotope thermoelectric generator, RTG) – generator prądu elektrycznego, w którym źródłem energii jest rozpad izotopu promieniotwórczego, a wydzielone w ten sposób ciepło zamieniane jest na energię elektryczną.

Promieniowanie hamowania (niem. Bremsstrahlung) – promieniowanie elektromagnetyczne powstające podczas hamowania cząstki obdarzonej ładunkiem elektrycznym w polu jądra atomowego. Promieniowanie to jest jedną z dróg utraty energii przez poruszającą się naładowaną cząstkę.Program Pioneer – program misji amerykańskich sond kosmicznych przeznaczonych do prowadzenia badań Księżyca, przestrzeni międzyplanetarnej i planet. Starty sond Pioneer odbywały się w latach 1958 – 1978.

RTG są wykorzystywane jako źródła energii w sondach kosmicznych i nieosłoniętych odległych obiektach, takich jak latarnie morskie zbudowane przez były Związek Radziecki wewnątrz koła podbiegunowego. RTG są zwykle najbardziej pożądanym źródłem zasilania w nieobsługiwanych urządzeniach, które potrzebują kilkuset lub mniej watów energii na długi czas, wówczas użycie ogniw paliwowych, akumulatorów lub generatorów, jest nieekonomiczne, oraz w miejscach, gdzie ogniwa słoneczne nie są praktyczne. Bezpieczne stosowanie RTG wymaga przechowywania izotopów promieniotwórczych długo po produktywnym okresie użytkowania urządzenia. Koszt RTG ogranicza ich stosowanie do niszowych zastosowań w ekstremalnych sytuacjach.

Transit 4A – amerykański technologiczny satelita wojskowy, który testował system nawigacji dla okrętów podwodnych US Navy przenoszących pociski balistyczne typu UGM-27 Polaris. Na pokładzie umieszczono pierwszy, eksperymentalny radioizotopowy generator termoelektryczny, SNAP-3A, w ramach testów nowych źródeł energii. Wraz ze statkiem wyniesiono również satelity Solrad 3 i Injun 1.Voyager 2 (pl. Podróżnik 2) – bezzałogowa sonda kosmiczna wysłana w 1977 roku w przestrzeń kosmiczną z Przylądka Canaveral przez amerykańską agencję kosmiczną NASA. Rozpoczęcie lotu zbiegło się w czasie z bardzo korzystnym położeniem planet, które umożliwiło odwiedzenie wszystkich gazowych olbrzymów: Jowisza, Saturna, Urana i Neptuna przez jeden próbnik. Z początku zadaniem misji było dokładne zbadanie Jowisza oraz Saturna, jednak sonda sprawowała się na tyle dobrze, że przeprogramowano ją, aby przeprowadziła badania również pozostałych planet zewnętrznych. Voyager 2 przesłał obrazy wszystkich czterech planet, ich księżyców i pierścieni. Do dnia dzisiejszego jest jedyną sondą, która dotarła do Urana i Neptuna.

Zasada działania[ | edytuj kod]

Materiał radioaktywny (paliwo) jest umieszczony w pojemniku do którego wprowadzone jest jedno złącze termopary. Drugie złącze termopary wprowadzone jest do czynnika chłodzącego (np. przyłączone do radiatora). Rozpad radioaktywny uwalnia energię, która w wyniku zderzeń zmienia się w energię termiczną ogrzewającą jeden koniec termopary. Różnica temperatur między złączami, w wyniku efektu Seebecka, wywołuje siłę elektromotoryczną i przepływ prądu. Większe różnice temperatur powodują wytworzenie większej mocy.

New Horizons (ang. Nowe Horyzonty) – sonda kosmiczna zbudowana przez amerykańską agencję kosmiczną NASA w ramach programu New Frontiers (Nowe Granice). Celem jej jest zbadanie Plutona (planety karłowatej na krańcach Układu Słonecznego), jego księżyca Charona oraz co najmniej jednego innego obiektu pasa Kuipera. Sonda nie zostanie wprowadzona na orbitę planety karłowatej, lecz przeleci obok niej w bezpiecznej odległości. Misja będzie miała za zadanie sporządzić dokładne mapy Plutona i jego księżyca Charona, określić skład ich powierzchni oraz zbadać atmosferę Plutona. W związku z odkryciem czterech małych księżyców zewnętrznych (Nixa, Hydry, Kerberos i Styx), do celów misji zostaną dodane zadania związane z badaniem tych obiektów.Stany Zjednoczone, Stany Zjednoczone Ameryki (ang. United States, US, United States of America, USA) – federacyjne państwo w Ameryce Północnej graniczące z Kanadą od północy, Meksykiem od południa, Oceanem Spokojnym od zachodu, Oceanem Arktycznym od północnego zachodu i Oceanem Atlantyckim od wschodu.

Generatora nie należy mylić z baterią jądrową mającą odmienne działanie, mimo że energia w obu przypadkach pochodzi z rozpadów promieniotwórczych.

Paliwo[ | edytuj kod]

Materiał radioaktywny używany w generatorze musi spełniać kilka warunków:

  • Postępujący rozpad radioaktywny paliwa zmniejsza ilość paliwa powodując zmniejszanie ilości wydzielanego ciepła. Stąd czas połowicznego rozpadu musi być na tyle długi, aby moc generatora nie malała szybko wraz z upływem czasu. Jednocześnie nie może być zbyt długi, gdyż liczba rozpadów w jednostce czasu będzie mała.
  • Do zastosowań kosmicznych paliwo musi być wydajne w stosunku do swojej masy i objętości.
  • Paliwo nie powinno emitować promieniowania o wysokiej przenikliwości wymagających dodatkowych osłon (ekranów ochronnych) jak promieniowanie gamma czy promienie X. Promieniowanie β jest również niekorzystne, gdyż może powodować emisję promieniowania poprzez promieniowanie hamowania. W tym przypadku, optymalnymi są izotopy emitujące cząstki α.
  • Produkty rozpadu są także często promieniotwórcze i powinny spełniać wszystkie powyższe założenia.
  • Wszystkie te warunki ograniczają liczbę potencjalnych izotopów do 30. Najczęściej są stosowane Pu, Cm i Sr. Poza tym używane są Po, Pm, Cs, Ce, Ru, Co, Cm oraz izotopy tulu. Spośród wymienionych pluton-238 ma najdłuższy czas połowicznego rozpadu (87,7 lat), stosunkowo wysoką wydajność i najniższe wymagania co do osłon. Tylko trzy izotopy spełniają kryterium niskiej radiacji beta i gamma, potrzebują osłon ołowiowych grubości kilku cm. Pluton-238 wymaga osłony grubości jedynie kilku mm lub wcale (wystarcza po prostu osłona całej baterii).

    Ruten (Ru, łac. ruthenium) – pierwiastek chemiczny z grupy metali przejściowych (żelazowców) w układzie okresowym. Pierwiastek ten nie ma własnych minerałów, występuje głównie w stanie wolnym razem z innymi platynowcami, najczęściej w rudach siarczkowych żelaza, chromu i niklu. Zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 5·10% wag. Tworzy głównie związki kompleksowe, ale znane są też proste związki tego pierwiastka.Tul (Tm, łac. thulium) – pierwiastek chemiczny z grupy lantanowców w układzie okresowym, należący do tzw. metali ziem rzadkich. Tul jest najrzadszym lantanowcem występującym na Ziemi (promet jest rzadszym, ale nie występuje naturalnie na Ziemi). Jest łatwym w obróbce srebrzysto-szarym metalem. Pomimo jego wysokiej ceny, tul jest używany jako źródło promieniowania w przenośnych aparatach Roentgena i w laserach półprzewodnikowych.

    Z tych powodów pluton jest najczęściej używanym izotopem w baterii. W instalacjach naziemnych Związek Radziecki używał strontu-90, który ma krótszy czas rozpadu (29 lat), niższą wydajność i emituje promieniowanie beta, ale jest dużo tańszy. Używany w pierwszych konstrukcjach polon-210 posiada ogromną wydajność (140 W ciepła/g), ale ma bardzo krótki czas rozpadu (139 dni) i emituje promieniowanie gamma.

    Termopara (termoogniwo, termoelement, ogniwo termoelektryczne) – element obwodu elektrycznego składający się z dwóch różnych materiałów i wykorzystujący zjawisko Seebecka zachodzące na ich styku. Termopara jest wykorzystywana jako czujnik temperatury.Latarnia morska – znak nawigacyjny w postaci charakterystycznej wieży umieszczonej na brzegu lub wodzie (latarniowiec).

    Izotop Am był również testowany. Jego okres rozpadu wynosi 432 lata, więc teoretycznie może zasilać baterię przez setki lat. Jednak jego wydajność to około 1/4 wydajności plutonu-238, a poza tym emituje więcej promieniowania gamma. Pod względem wymagań ekranowania (potrzebuje ekranów ołowianych grubości około 2 cm) stawia go to na drugim miejscu po plutonie-238.

    Stront (Sr, łac. strontium) – pierwiastek chemiczny z grupy berylowców (metali ziem alkalicznych) w układzie okresowym.Bateria jądrowa – przyrząd zmieniający energię powstającą podczas rozpadu promieniotwórczego w energię elektryczną.
    RTG w sondzie Cassini-Huygens


    Podstrony: 1 [2] [3] [4]




    Warto wiedzieć że... beta

    Program Viking – seria dwóch amerykańskich próbników kosmicznych Viking 1 i Viking 2, przeznaczonych do badań Marsa.
    Zaawansowany generator radioizotopowy Stirlinga (ang. Advanced Stirling Radioisotope Generator, ASRG) – obecnie opracowywany system zasilania jądrowego, w którym źródłem energii jest rozpad izotopu promieniotwórczego, a uwolnione ciepło zamieniane jest na energię elektryczną z wykorzystaniem silnika Stirlinga.
    Cassini-Huygens – misja bezzałogowej sondy kosmicznej przeznaczonej do wykonania badań Saturna, jego pierścieni, księżyców i magnetosfery. Jest ona wspólnym przedsięwzięciem trzech agencji kosmicznych: amerykańskiej NASA, europejskiej ESA i włoskiej ASI. Sonda została wystrzelona w październiku 1997 roku. W lipcu 2004 Cassini stał się pierwszym sztucznym satelitą Saturna, a odłączony od sondy próbnik Huygens w styczniu 2005 wylądował na powierzchni Tytana.
    Cez (Cs, łac. caesium) – pierwiastek chemiczny, metal alkaliczny. Nazwa pochodzi od łacińskiego słowa "szaroniebieski", związanego z kolorem nalotu pokrywającego zwykle powierzchnię.
    Pioneer 10 – bezzałogowa sonda kosmiczna NASA, wyniesiona z przylądka Canaveral na Florydzie z zespołu startowego nr 36, 3 marca 1972 roku przy użyciu rakiety nośnej Atlas Centaur. Pierwszy próbnik badający Jowisza i pierwszy, który miał przebyć pas planetoid (wszedł w pas planetoid 15 lipca 1972). 3 grudnia 1973 roku przeleciała w odległości 130 354 km od Jowisza. Pioneer 10 przekazał na Ziemię 300 zdjęć planety, odkrył pasy radiacyjne i przekazał szczegóły na temat magnetosfery Jowisza. Sondę wykorzystano także do dokładniejszego wyznaczenia masy Jowisza i jego czterech księżyców galileuszowych. Pioneer 10 był pierwszą sondą, która przeleciała przez pas planetoid, udowadniając, że jest to bezpieczne. Wyniki badań magnetosfery Jowisza spowodowały przeprojektowanie sond Voyager 1 i 2, tak by pasy radiacyjne planety nie uszkodziły aparatury obu sond. Pioneer 10 stał się też pierwszą sondą, która osiągnęła prędkość ucieczki z Układu Słonecznego (tzw. trzecią prędkość kosmiczną).
    Grafit – pospolity i szeroko rozpowszechniony minerał z gromady pierwiastków rodzimych. Stosowany jako naturalny suchy smar. Jest – obok diamentu i fulerytu – odmianą alotropową węgla. Nazwa pochodzi od gr. graphein = pisać, nawiązuje do tradycyjnego zastosowania tego minerału.
    Promieniowanie rentgenowskie (promieniowanie rtg, promieniowanie X, promienie X) – rodzaj promieniowania elektromagnetycznego, które jest generowane podczas wyhamowywania elektronów. Długość fali mieści się w zakresie od 10 pm do 10 nm. Zakres promieniowania rentgenowskiego znajduje się pomiędzy nadfioletem i promieniowaniem gamma.

    Reklama