Gli USA riprenderanno la produzione di plutonio per l'esplorazione spaziale

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A marshmallow-sized Pu-238 pellet awaits a space mission. (Credit: The Department of Energy)

Dopo tanti anni di negoziati, arriva finalmente una grande notizia positiva! Il 18 Marzo, Jim Green, a capo della Divisione delle Scienze Planetarie, della NASA, ha annunciato che il DOE (Dipartimento per l'Energia) degli USA, è attualmente nelle fasi di test che porteranno all'inizio della produzione a pieni ritmi dell'isotopo Pu-238, fondamentale per l'alimentazione di missioni spaziali robotiche che non possono fare affidamento su panelli solari per avere una fonte affidabile e a lunga durata di energia.
Alcune delle più famose missioni che sarebbero state impossibili senza il plutonio sono: le sonde Voyager, le sonde Pioneer, Galileo, Cassini, New Horizons ma anche il recente Curiosity!

"Entro la fine dell'anno, avremmo un piano completo da parte del Dipartimento dell'Energia, riguardo a come saremmo in grado di soddisfare la richiesta di fornire 1.5/2 kg di pu-238 all'anno". ha spiegato Green durante la 44esima conferenza delle Scienze Planetarie e Lunari, che si tiene a Woodlands, Texas.

Come detto prima, questa notizia arriva dopo tanti segnali di allarme lanciati dalla comunità scientifica che ha fatto notare che le conseguenze per il futuro dell'esplorazione spaziale profonda sarebbero drammatiche. L'energia solare è una grande fonte ma spesso è troppo poca per alimentare efficientemente missioni complesse con tanti strumenti assetati di energia o con una grande antenna per spedire moltissimi dati. Il problema poi è che la quantità di luce solare che arriva intorno a Saturno, Urano, Nettuno e oltre è troppo poca per riuscire a tentare una missione complessa. Già Giove è un po' al limite, e JUNO sarà la prima missione planetaria ad esplorare il pianeta usando panelli solari. Per riuscire a farlo però ha tra i più grandi e lunghi panelli solari mai costruiti per lo spazio e dovrà orbitare cercando di esporsi spesso al Sole. I suoi panelli solari sono 3 e sono grandi 2.7 metri per 8.9 metri! Non solo ma l'ambiente altamente radioattivo vicino a Giove distruggerà molto più rapidamente i panelli solari rispetto a cosa succederebbe con un'alimentazione RTG.


he plutonium power source inside the Mars Science Laboratory’s MMRTG during assembly at the Idaho National Laboratory. (Credit: Department of Energy/Idaho National Laboratory image under a Creative Commons Generic Attribution 2.0 License)

La produzione iniziale di questo isotopo fu una conseguenza fortunata dell'epoca della Guerra Fredda. Inizialmente fu prodotto da Glen Seaborg,nel 1940. Per produrre l'isotopo pu-239, utile per le armi nucleari, si bombarda il nettunio (prodotto a sua volta dal decadimento dell'uranio-238), con neutroni. Se si usa lo stesso isotopo Nettunio-237, in un reattore veloce, si può ottenere il Pu-238 invece del Pu-239.
Questo isotopo particolare produce 280 volte il calore di decadimento a 560 watt per kg, rispetto al Pu-239, usato per le armi, ed è ideale per costruire motori compatti per l'esplorazione dello spazio profondo.

Dal 1961 ad oggi, gli USA hanno lanciato nello spazio una grande moltitudine di MMRTG (Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator), o semplicemente RTG. Tutti i pianeti sono stati esplorati anche con questi motori, a parte Mercurio.

Il problema è che la produzione di Pu-238 è cessata negli USA già dal 1988, con la fine della Guerra Fredda. Quanto plutonio esattamente sia rimasto da parte è top-secret, però si sa che è pochissimo e basta al massimo per un'altra missione ammiraglia grossa e forse forse una piccola scout.
Nel tempo, gli USA pur di non iniziare a produrre altro plutonio, l'hanno comprato dai Russi (il pu-238 a bordo di Curiosity è russo in origine). Ma anche loro l'hanno finito nel 2010.
New Horizons invece funziona con un motore costruito come scorta per la missione Cassini, che fu lanciata nel 1999.


Immagine dell'RTG usato e montato all'interno di Curiosity. Credit: NASA/JPL

Un'ulteriore problema con la scorta di plutonio-238, è che comunque decade nel tempo, anche tenendolo da parte, quindi l'efficienza elettrica che aveva trent'anni fa, non è la stessa di ora e non sarà affatto la stessa quando potrebbe essere impiegato tra un decennio.

Ma nonostante questo, il plutonio resta incredibilmente efficiente e spesso lo è molto più del previsto! Per esempio, le sonde Voyager 1 e 2, dovevano avere una durata di 5 anni l'una, e adesso stanno per entrare nel quinto decennio di operatività! Lo stesso rover Curiosity, privo delle limitazioni dei panelli solari di Spirit e Opportunity, potrà operare sulla superficie di Marte per moltissimo tempo. In teoria anche più di 15 anni!

Un aspetto simpatico riguardo all'uso del Pu-238, è che il suo decadimento è molto facilmente calcolabile e quindi se una qualche civiltà aliena dovesse trovare una delle 5 navicelle che stanno lasciando il Sistema Solare in questi decenni (Pioneer 10 e 11, Voyager 1 e 2, e New Horizons), potrebbe calcolare a ritrovo esattamente la data di lancio dalla Terra o comunque l'inizio delle operazioni della sonda. Il pu-238 ha un decadimento a metà vita di 87.7 anni ed eventualmente decade fino a produrre una lunga serie di isotopi fino ad arrivare al Piombo-206.

La nuova produzione di Pu-238 sarà gestita dall'Oak Ridge National Laboratory (ORNL) che userà il suo Reatore Isotopico ad Alto Flusso (HFIR). Il vecchio plutonio potrà anch'esso essere "rimesso a nuovo" aggiungendoci un altro po' di pu-238 nuovo.

"Per ogni kg, in realtà ravviviamo 2kg del vecchio plutonio, mischiandoli... è una fase critica del nostro processo, per riuscire ad utilizzare l'attuale scorta, ad una densità energetica a noi utile." Ha spiegato Green durante una recente riunione per la pianificazione dell'esplorazione di Marte.


Motore RTG montato sulla sonda New Horizons. Credit: NASA

Non sarà però un processo rapidissimo, ed il target di produzione di 1.5 kg all'anno sarà ancora lontano. Per avere un'idea di quanto serve, il rover Curiosity utilizza 4.8 kg di Pu-238 e la sonda New Horizons ne usa ben 11 kg!
La prossima missione che userà una scorta di plutonio sarà probabilmente il rover marziano previsto per il 2020, che sarà una coppia di Curiosity. Le idee non mancano e ci sono missioni proposte per esplorare di tutto, da Urano, ai laghi di Titano intorno a Saturno, agli oceani di Europa.

Ma in questi anni i ricercatori non sono restati con le mani in mano, e mentre la scorta di plutonio diventava sempre più piccola, hanno trovato nuovi sistemi per costruire motori RTG radicalmente più efficienti. I nuovi motori, chiamati ASRG, saranno disponibili dal 2016 e saranno perfetti per missioni di una certa classe. Non basteranno sicuramente per mezzi enormi come Curiosity o New Horizons, ma permetteranno di fare missioni a base di plutonio usandone molto meno per ottenere comunque una buona dose di energia.

Il futuro dell'esplorazione spaziale è legato molto alle tecnologie che sviluppiamo per alimentare missioni sempre più complesse, e l'obbiettivo di esplorare nuovi mondi è tra i più nobili scopi da dedicare all'energia nucleare.

http://www.universetoday.com/100875/...e-exploration/

http://www.link2universe.net/2013-03...ione-spaziale/

[!fazz]

ok che sono degli rtg ma la domanda sorge spontanea, che fine han fatto le tonnellate di plutonio rese disponibili dai vari start per non avere, praticamente a livello mondiale, un paio di kg di 238? possibile che sia già finito tutto in mox?

[frankytop]

Originariamente inviato da !fazz

ok che sono degli rtg ma la domanda sorge spontanea, che fine han fatto le tonnellate di plutonio rese disponibili dai vari start per non avere, praticamente a livello mondiale, un paio di kg di 238? possibile che sia già finito tutto in mox?

Forse hanno da parte Pu 239, mentre dalla nasa è richiesto PU 238 che si produce a partire dal Nettunio-237.

[!fazz]

Originariamente inviato da frankytop

Forse hanno da parte Pu 239, mentre dalla nasa è richiesto PU 238 che si produce a partire dal Nettunio-237.

probabilmente hai ragione