Čas, který zbývá do startu mise nového amerického roveru Mars 2020, se krátí. Mělo by k němu dojít přibližně za rok, mezi 17. červencem a 5. srpnem 2020. Přípravy na start jsou podle všeho v plném proudu. Inženýři NASA v těchto dnech zahájili plnění jaderného zdroje energie roveru palivem.
Vedení NASA dala zelenou operátorům, kteří plní energetickou jednotku roveru, radioizotopový termoelektrický generátor Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator (MMRTG), oxidem plutoničitým-238. Tento palivový článek zajistí roveru dostatek energie.
Radioizotopový termoelektrický generátor MMRTG vznikl ve spolupráci s úřadem Office of Space and Defense Power Systems amerického ministerstva energetiky (U.S. DOE). Oficiálně vlastně nejde o jaderný reaktor, ale spíše něco jako jadernou jednorázovou "baterii" s dlouhou výdrží. V palivovém článku roveru bude plutonium-238 umístěno v celkem osmi modulech General-Purpose Heat Source (GPHS). Radioaktivní rozpad plutonia zajistí 110 wattů pro provoz roveru.
Teplo vytvořené rozpadem plutonia v jaderném článku MMRTG se promění na elektřinu. Ta bude pohánět elektroniku roveru, jeho kola i robotickou paži, stejně jako početné vědecké experimenty na palubě roveru. Přebytečné teplo bude využito k ohřátí roveru během mrazivých marťanských nocí.
Radioizotop plutonia-238 se v takových generátorech elektřiny používá kvůli tomu, že má vhodně dlouhý poločas rozpadu, tj. 87,7 let. Druhou zásadní předností je, že se rozpadá alfa-rozpadem. Při něm vznikají částice alfa, tedy jádra helia se dvěma protony a dvěma neutrony. Alfa záření je sice silně ionizující, ale také dost slabé. Takové záření je možné spolehlivě odstínit i tenkou vrstvou kovu, takže nemá nežádoucí vliv na zařízení roveru ani na lidské operátory.
NASA použila jaderné palivové články ve více než dvou tuctech vesmírných misí. Článek MMRTG je nedávnou inovací. Poprvé se objevil jako pohonná jednotka populárního marťanského roveru Curiosity. Spojené státy mají v tomto okamžiku zásoby plutonia-238 na palivový článek pro rover 2020 a pak ještě pro další dva takové MMRTG články. Zároveň už ale došlo k restartu výroby plutonia-238, takže by se situace měla časem zlepšit.
Plnění jaderného článku palivem je během na dlouhou trať. V režii U.S. DOE bude probíhat až do doby před startem mise z kosmodromu na floridském mysu Canaveral. Rover Mars 2020 by měl přistát na Rudé planetě kolem 18. února v kráteru se slovanským jménem Jezero (podle města v Bosně a Hercegovině), který se nachází na okraji prolákliny Syrtis Major.
Video: Mars 2020 Rover Build Update
Literatura
NASA 24. 7. 2019.
Experiment KRUSTY: NASA úspěšně otestovala kapesní štěpný reaktor Kilopower
Autor: Stanislav Mihulka (03.05.2018)
Curiosity hlásí dávnou organickou hmotu a sezónní změny metanu na Marsu
Autor: Stanislav Mihulka (08.06.2018)
Američtí vědci automatizovali výrobu jaderného paliva pro vesmírné sondy
Autor: Stanislav Mihulka (23.01.2019)
Diskuze:
Dlouhá trať
Ivo Brabec,2019-07-26 20:18:54
Pořad ještě nevíme proč je “plnění článku palivem během na dlouhou trať”. Děkuji za vysvětlení....
Doba plnění
Zdenek Vachler,2019-07-26 17:24:51
Dobrý den, mohl bych se odborníků zeptat, proč je plnění článku palivem během na dlouhou trať? Co je na tom tak časově náročného?
"Alfa zareni je dost slabe"
Karel Marsalek,2019-07-26 16:19:27
Plutonium 238 se rozpada za vzniku alfa castice o energii ca. 5.6 MeV. Vubec bych nerekl, ze je "slabe", jak se pise v clanku. Jelikoz deponuje veskerou svou energii na velmi kratke vzdalenosti (ve vzduchu staci par centimetru, v kovech jsou to mikrometry), da se snadno pohltit materialem termoclanku a zbytek se odstini. Je to velmi sarmantni. Naopak, potka-li se takove zareni napriklad s plicemi, deponuje veskerou svou energii taky v malem objemu tkane a tak ji dokaze hodne "ublizit". Radon je taky alfa zaric :-(
Chvalim tento alfa radioizotopovy zaric jeste diky jedne dobre vlastnosti: pro potreby dozimetrie kosmickeho zareni na povrchu Marsu nebude mereni ovlivneno timto generatorem, protoze tyto castice alfa lze bebe zbytku odstinit.
Re: "Alfa zareni je dost slabe"
Vladimír Wagner,2019-07-26 16:29:07
Ono to souvisí s tím, jak už jsem psal, že celkově je článek psán velmi zavádějícím způsobem. Tím "slabé" měl autor patrně na mysli, že má velmi malý dolet. Což je ovšem dáno tou intenzivní ionizací. To, že plutonium 238 (na rozdíl třeba od toho americia 241) má minimální emise gama způsobuje, že nejsou takové problémy se stíněním. Na rozdíl od radonu není plutonium plyn a riziko, že se dostane do plic, je tak velmi omezené.
Jaderny reaktor vs baterie
David Benedeki,2019-07-26 14:21:05
Jak se definuje rozdíl mezi jaderným reaktorem a jadernou jednorázovou baterií?
Tak nějak rozumí tomu, že reaktor bez možností výměny paliva je tak trochu baterií. Ale pořád je to jaderný reaktor, ne?
Re: Jaderny reaktor vs baterie
Vladimír Wagner,2019-07-26 14:35:08
Tady opravdu nejde o jaderný reaktor a ani o baterii. Článek je psán hodně zavádějícím způsobem. Jde o radionuklidový zdroj. Zatímco štěpný reaktor funguje s využitím štěpné řetězové reakce, radionuklidový zdroj využívá samovolný rozpad. V daném případě jde o rozpad alfa radionuklidu plutonia 238. Energie rozpadu se převede do kinetické energie vzniklého jádra a emitované částice alfa. Ta se pak přemění na tepelnou energii, která se pak s efektivitou, která je dána tím, jaké zařízení použijeme na konverzi tepla na elektřinu, přemění z části na elektřinu. Protože se používá termočlánek, je účinnost poměrně nízká, ale o tom už pěkně psal Martin X.
Elektrický výkon je pak dán aktivitou zdroje a zmíněné účinnosti konverze, tepelný výkon se mění podle exponenciální zákonitosti s příslušným poločasem rozpadu, elektrický v případě využití termočlánku rychleji, protože účinnost konverze je dána rozdílem teplot.
Podrobněji o tom zde: http://www.osel.cz/10261-evropa-na-ceste-k-radionuklidovym-zdrojum-pro-vesmir.html .
Re: Re: Jaderny reaktor vs baterie
David Benedeki,2019-07-26 14:40:30
Děkuji za jako vždy poučnou odpověď. :-)
Re: Re: Jaderny reaktor vs baterie
Florian Stanislav,2019-07-27 15:06:14
https://oenergetice.cz/elektrina/radioizotopovy-termoelektricky-generator-tajemstvi-energie-v-dalekem-vesmiru
"Curiosity je vybaveno MMRTG o hmotnosti 44 kg, se 4,8 kg oxidu plutoničitého. Jeho výkon při dokončení dosahoval zhruba 110 We."
Čili jde o podobný radionuklidový zdroj i s podobným výkonem. Článek nepíše, že jde o jaderný reaktor, ale plnění jaderným palivem, což se, pravda, nejvíc používá u jaderného reaktoru.
Myslím, že třeba generátor odzkoušet v podmínkách usazení v roweru, který ovlivní tepelné podmínky, na kterých je termočlánek závislý.
Ucinnost TEG ?
Martin X,2019-07-26 08:56:12
"Většina tepla vytvořeného rozpadem plutonia v jaderném článku MMRTG se promění na elektřinu."
Bezna ucinnost termoelektrickych generatorov je pod 10%. V skutocnosti generuje MMRTG cca. 2kW tepla a z neho sa vyrobi 125W (na zaciatku zivotnosti) az 100W (na konci zivotnosti) elektrickej energie. Teda na elektrinu sa premeni iba asi 6% tepla.
https://en.wikipedia.org/wiki/Multi-mission_radioisotope_thermoelectric_generator
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
