Az RTG (radioizotóp termoelektromos generátor ) egy radioizotópos villamosenergia-forrás, amely a radioaktív izotópok természetes bomlása során felszabaduló hőenergiát használja fel , és egy termoelektromos generátor segítségével elektromos árammá alakítja át .
A láncreakciót alkalmazó atomreaktorokhoz képest az RTG-k sokkal kisebbek és szerkezetileg egyszerűbbek. Az RTG kimeneti teljesítménye nagyon alacsony (akár több száz watt ), alacsony hatásfokkal . De nincsenek mozgó alkatrészeik, és nem igényelnek karbantartást teljes, évtizedekben számolható élettartamuk alatt, aminek köszönhetően felhasználhatók az űrben automata bolygóközi állomások működtetésére vagy a Földön rádiójeladók.
A RITEG-ek energiaforrásként alkalmazhatók olyan autonóm rendszerekben, amelyek távol vannak a hagyományos tápforrásoktól, és több tíz-száz wattot igényelnek nagyon hosszú üzemidő mellett, túl hosszú üzemanyagcellák vagy akkumulátorok esetében .
A RITEG-ek jelentik a fő áramforrást a hosszú küldetést teljesítő és a Naptól távol lévő űrhajókon (például Voyager 2 vagy Cassini-Huygens ), ahol a napelemek használata nem hatékony vagy lehetetlen.
A Plutónium-238 2006-ban, amikor a New Horizons szondát elindította a Plútó felé, megtalálta a használatát űrhajók berendezéseinek energiaforrásaként [1] . A radioizotópgenerátor 11 kg nagy tisztaságú 238 Pu-dioxidot tartalmazott, ami átlagosan 220 W villamos energiát termelt a teljes út során ( 240 W az út elején és számítások szerint 200 W a végén) [2] [3] .
A Galileo és a Cassini szondákat is plutónium üzemanyaggal működő áramforrásokkal látták el [4] . A Curiosity rovert a plutónium-238 hajtja [5] . A rover az RTG-k legújabb generációját használja, az úgynevezett Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generatort . Ez a készülék 125 W , 14 év elteltével pedig 100 W - ot termel [6] .
Néhány Apollo járaton több kilogramm 238 PuO 2 - t használtak az ALSEP műszerek tápellátására . A SNAP-27 ( Eng. Systems for Nuclear Auxiliary Power ) áramfejlesztő, amelynek hő- és elektromos teljesítménye 1480 W , illetve 63,5 W volt, 3,735 kg plutónium-238-dioxidot tartalmazott.
A RITEG-eket navigációs jelzőfényekben , rádiós jelzőlámpákban , meteorológiai állomásokban és hasonló berendezésekben használták olyan területeken, ahol műszaki vagy gazdasági okokból nem lehetséges más energiaforrást használni. Különösen a Szovjetunióban energiaforrásként használták azokat a navigációs berendezésekhez, amelyeket a Jeges-tenger partjára telepítettek az északi tengeri útvonal mentén . Jelenleg a sugárzás és a radioaktív anyagok kiszivárgásának veszélye miatt megszűnt a felügyelet nélküli RTG-k nehezen hozzáférhető helyekre történő felszerelése.
Az USA-ban az RTG-ket nemcsak földi áramforrásként használták, hanem tengeri bójákhoz és víz alatti berendezésekhez is. Például 1988-ban a Szovjetunió két amerikai RTG-t fedezett fel a szovjet kommunikációs kábelek mellett az Ohotszki-tengeren. Az USA által telepített RTG-k pontos száma nem ismert, független szervezetek becslései szerint 1992-ben 100-150 telepítés történt [7] .
A plutónium-236-ot és a plutónium-238-at atomelektromos akkumulátorok előállítására használták, amelyek élettartama eléri az 5 évet vagy annál többet. A szívet stimuláló áramgenerátorokban használják ( pacemaker ) [8] [9] . 2003-ban 50-100 ember élt plutónium pacemakerrel az Egyesült Államokban [10] . plutónium-238 gyártásának betiltása előtt az Egyesült Államokban, várható volt, hogy alkalmazása átterjedhet a búvárok és űrhajósok ruháira is [11] .
Az RTG-ekben használt radioaktív anyagoknak meg kell felelniük a következő jellemzőknek:
A plutónium-238 , a kúrium - 244 és a stroncium-90 a leggyakrabban használt izotópok. Más izotópokat is tanulmányoztak, mint például a polónium-210-et , a prométium -147-et , a cézium-137-et , a cérium - 144-et, a ruténium - 106-ot, a kobalt-60-at , a kúrium-242-t és a tulium izotópjait . Például a polónium-210 felezési ideje mindössze 138 nap, hatalmas kezdeti hőteljesítménye 140 watt grammonként. Americium -241, felezési ideje 433 év, hőleadása 0,1 W/gramm [12] .
A Plutónium-238-at leggyakrabban űrhajókban használják. Alfa-bomlás 5,5 MeV energiával (egy gramm ~ 0,54 W -ot ad ). A felezési idő 88 év (teljesítményveszteség 0,78% évente) egy rendkívül stabil 234 U izotóp képződésével . A Plutónium-238 szinte tiszta alfa-sugárzó, így az egyik legbiztonságosabb radioaktív izotóp, minimális biológiai árnyékolási igénnyel. A viszonylag tiszta 238-as izotóp előállítása azonban speciális reaktorok működtetését igényli, ami költségessé teszi [13] [14] .
A Stroncium-90- et széles körben használták szovjet és amerikai gyártású földi RTG-kben. Egy két β-bomlásból álló lánc 2,8 MeV összenergiát ad (egy gramm ~0,46 W ). Felezési idő 29 év a stabil 90 Zr képződéséhez . A stroncium-90-et az atomreaktorokból származó kiégett fűtőelemekből nyerik nagy mennyiségben. Ennek az izotópnak az olcsósága és bősége határozza meg a földi berendezésekben való széles körű alkalmazását. A plutónium-238-cal ellentétben a stroncium-90 jelentős mértékű, nagy áthatolhatóságú ionizáló sugárzást hoz létre, ami viszonylag magas követelményeket támaszt a biológiai védelemmel szemben [14] .
Létezik a szubkritikus RTG-k fogalma [15] [16] . A szubkritikus generátor egy neutronforrásból és egy hasadóanyagból áll. A forrás neutronjait a hasadóanyag magjai befogják, és ezek hasadását okozzák. Az ilyen generátor fő előnye, hogy a hasadási reakció során felszabaduló energia sokkal nagyobb, mint az alfa-bomlás energiája. Például a plutónium-238 esetében ez körülbelül 200 MeV , szemben az 5,6 MeV -tal , amelyet ez a nuklid bocsát ki az alfa-bomlás során. Ennek megfelelően a szükséges anyagmennyiség sokkal alacsonyabb. A bomlások száma és a hőleadás tekintetében a sugárzási aktivitás is alacsonyabb. Ez csökkenti a generátor súlyát és méreteit.
A szovjet korszakban 1007 darab RTG-t gyártottak földi üzemeltetésre. Szinte mindegyik stroncium-90 (RIT-90) izotóppal rendelkező radioaktív fűtőelem alapján készült . A fűtőelem egy erősen lezárt hegesztett kapszula, melyben izotóp található. A RIT-90 többféle változata is készült különböző mennyiségű izotóppal [17] . Az RTG egy vagy több RHS kapszulával, sugárvédelemmel (gyakran szegényített urán alapú ), termoelektromos generátorral, hűtőradiátorral, zárt burkolattal és elektromos áramkörökkel volt felszerelve. A Szovjetunióban gyártott RTG-k típusai: [17] [18]
| Típusú | Kezdeti aktivitás, kCi | Hőteljesítmény, W | Elektromos teljesítmény, W | Hatékonyság, % | Súly, kg | Megjelenés éve |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Éter-MA | 104 | 720 | harminc | 4.167 | 1250 | 1976 |
| IEU-1 | 465 | 2200 | 80 | 3.64 | 2500 | 1976 |
| IEU-2 | 100 | 580 | tizennégy | 2.41 | 600 | 1977 |
| Beta-M | 36 | 230 | tíz | 4.35 | 560 | 1978 |
| Gong | 47 | 315 | tizennyolc | 5.714 | 600 | 1983 |
| Kürt | 185 | 1100 | 60 | 5.455 | 1050 | 1983 |
| IEU-2M | 116 | 690 | húsz | 2,899 | 600 | 1985 |
| Senostav | 288 | 1870 | - | - | 1250 | 1989 |
| IEU-1M | 340 | 2200 | 120 | 5.455 | 2100 | 1990 |
A telepítések élettartama 10-30 év is lehet , legtöbbjüknél ez már lejárt. Az RTG potenciális veszélyt jelent, mivel lakatlan területen található, és ellopható, majd piszkos bombaként használható . Rögzítettek olyan eseteket, amikor a vadászok színesfémekért leszerelték az RTG-ket [19] , miközben maguk a tolvajok is halálos dózisú sugárzást kaptak [20] .
Jelenleg a Nemzetközi Atomenergia Ügynökség felügyelete mellett , valamint az Egyesült Államok, Norvégia és más országok finanszírozásával szerelik le és ártalmatlanítják őket [17] . 2011 elejéig 539 RTG-t szereltek le [21] . 2012-ben 72 RTG üzemel, 2 elveszett, 222 raktáron van, 32 pedig selejtezés alatt áll [22] [23] . Négy létesítményt üzemeltettek az Antarktiszon [24] .
Új navigációs célú RITEG-eket már nem gyártanak, helyettük szélerőműveket és fotovoltaikus átalakítókat [20] , esetenként dízelgenerátorokat telepítenek. Ezeket az eszközöket AIP-nek ( alternatív áramforrásnak) nevezik. Napelemből (vagy szélgenerátorból), karbantartást nem igénylő akkumulátorokból, LED-es jelzőfényből (kör alakú vagy forgócsapos), programozható elektronikus egységből állnak, amely beállítja a jeladó működési algoritmusát.
A Szovjetunióban az RTG-kre vonatkozó követelményeket a GOST 18696-90 „Radionuklid termoelektromos generátorok” határozta meg. Típusok és általános műszaki követelmények”. és GOST 20250-83 Radionuklid termoelektromos generátorok. Átvételi szabályok és vizsgálati módszerek.
Adatforrások – NPO Bellona [26] és NAÜ [17]
| dátum | Hely | |
|---|---|---|
| 1983 március | Nutevgi -fok , Chukotka | Az RTG súlyos sérülései a telepítés helyére vezető úton. A baleset tényét a személyzet eltitkolta, a Gosatomnadzor bizottság fedezte fel 1997-ben. 2005-ben ezt az RTG-t elhagyták, és a Nutevgi-fokon maradt. 2012-től az összes RTG-t eltávolították a Chukotka Autonóm Okrugról [27] . |
| 1987 | Low-fok , Szahalin terület | Szállítás közben a helikopter a Szovjetunió Védelmi Minisztériumához tartozó IEU-1 típusú RITEG-et dobott az Okhotski-tengerbe. 2013-tól a keresési munka, szakaszosan, folytatódik [28] . |
| 1997 | Dusanbe , Tádzsikisztán | Három lejárt szavatosságú RTG-t szétszerelve tároltak ismeretlenek egy Dusanbe központjában található szénraktárban, a közelben megnövekedett gamma hátteret rögzítettek [29] . |
| 1997 augusztus | Maria-fok , Szahalin terület | A helikopter szállítás közben az Ohotszki-tengerbe dobott egy 1995-ben gyártott, IEU-1 No. 11 típusú RITEG-et, amely 25-30 m mélységben maradt a fenéken. Tíz évvel később, augusztus 2-án 2007-ben az RTG-t megemelték és ártalmatlanításra küldték [30] [31] . Külső vizsgálatot és radioaktív sugárzás méréseket végeztek. A külső vizsgálat eredményei azt mutatták, hogy a védőház nem sérült, az RHBZ SG VMR szakemberei arra a következtetésre jutottak: a gamma-sugárzás ereje és a radioaktív szennyeződés hiánya megfelel a normál sugárzási helyzetnek [32] . |
| 1998 július | Korszakov kikötő , Szahalin terület | A fémhulladék-gyűjtőhelyen egy szétszerelt RITEG-et találtak, amely az RF védelmi minisztériumához tartozik. |
| 1999 | Leningrádi régió | A RITEG-et a vadászok színesfémekre rabolták ki. Radioaktív elemet (háttér közel -1000 R/h) találtak Kingisepp egyik buszmegállójában . |
| 2000 | Baranikha -fok , Chukotka | A természetes hátteret a készülék közelében többszörösen túllépték a RITEG meghibásodása miatt. |
| 2001. május | Kandalaksha-öböl , Murmanszki terület | Három radioizotóp-forrást loptak el a sziget világítótornyaiból, amelyeket felfedeztek és Moszkvába küldtek. |
| 2002. február | Nyugat-Georgia | A Tsalenjikha kerületben található Liya falu közelében a helyi lakosok két RTG-t találtak, amelyeket hőforrásként használtak, majd szétszereltek. Ennek eredményeként többen nagy dózisú sugárzást kaptak [33] [34] . |
| 2003 | Nuneangan-sziget , Chukotka | Megállapítást nyert, hogy a készülék külső sugárzása a tervezési hiányosságok miatt ötszörösére haladta meg a megengedett határértékeket. |
| 2003 | Wrangel-sziget , Chukotka | Az itt telepített RTG a part eróziója miatt a tengerbe esett, ahol a talaj elmosta. 2011-ben egy vihar a tengerpartra dobta. A készülék sugárvédelme nem sérül [35] . 2012-ben a Chukotka Autonóm Kerület területéről exportálták [27] . |
| 2003 | Fok Shalaurova Izba , Chukotka | A létesítmény közelében a sugárzási hátteret a RITEG tervezési hibája miatt 30-szorosára lépték túl [36] . |
| 2003. március | Pihlisaar , Leningrádi terület | A RITEG-et a vadászok színesfémekre rabolták ki. A radioaktív elemet a jégtakaróra dobták. A stroncium-90-es forró kapszula a jégen átolvadva a fenékre került, a közeli háttér 1000 R/h volt. A kapszulát hamarosan megtalálták a világítótoronytól 200 méterre. |
| 2003 augusztus | Shmidtovsky kerület , Chukotka | Az ellenőrzés nem talált Beta-M típusú, 57-es számú RTG-t a Kyvekvyn folyó közelében lévő telepítési helyen ; a hivatalos verzió szerint azt feltételezték, hogy az RTG egy erős vihar következtében került a homokba, vagy ellopták. |
| 2003 szeptember | Golets-sziget , Fehér-tenger | Az északi flotta személyzete a Golets-szigeten fedezte fel az RTG biológiai védőfém ellopását. Betörték a világítótorony ajtaját is, ahol az egyik legerősebb RTG-t tárolták hat RIT-90 elemmel, amelyeket nem loptak el. |
| 2003. november | Kola-öböl , Olenya Guba és Dél -Gorjacsinszkij- sziget | Az Északi Flotta két RTG-jét színesfémekre rabolták ki a vadászok, a közelben RIT-90-es elemeiket találták meg. |
| 2004 | Priozersk , Kazahsztán | Vészhelyzet hat RTG jogosulatlan szétszerelése következtében. |
| 2004. március | Val vel. Valentin , Primorsky Krai | A csendes-óceáni flottához tartozó RTG-t szétszerelve találták, valószínűleg színesfémekre vadásztak. A közelben megtalálták a RIT-90 radioaktív elemet. |
| 2004. július | Norilsk | A katonai egység területén három RTG-t találtak, amelyektől 1 m távolságra a dózisteljesítmény 155-szöröse volt a természetes háttérnek. |
| 2004. július | Navarin-fok , Chukotka | Az RTG testében ismeretlen eredetű mechanikai sérülés, nyomáscsökkenés következtében a radioaktív üzemanyag egy része kiesett. A vészhelyzeti RTG-t 2007-ben ártalmatlanításra kivonták, a szomszédos terület érintett területeit fertőtlenítették [37] . |
| 2004. szeptember | Bunge Land , Jakutia | Két szállítható RTG vészkioldása egy helikopterből. A talajra ütés következtében a hajótestek sugárvédelmének épsége megsérült, a becsapódási hely közelében a gamma-sugárzás dózisteljesítménye 4 m Sv /h volt. |
| 2012 | Lishny-sziget , Taimyr | A "Gong" projekt RITEG-jének töredékeit találták meg a telepítés helyén. Feltételezik, hogy az eszközt a tengerbe mosták [24] . |
| 2019. augusztus 8 | Nyonoksa poligon , Arhangelszk régió | Médiaértesülések szerint az öt ember életét követelő incidens egy ígéretes gyorsító - egy folyékony hajtóanyagú meghajtórendszer - terepi tesztjei során történt, amelynek fedélzetére radioizotóp "akkumulátorokat" szereltek fel [38] . |
| Nukleáris technológiák | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Mérnöki | |||||||
| anyagokat | |||||||
| Atomenergia _ |
| ||||||
| nukleáris gyógyszer |
| ||||||
| Atomfegyver |
| ||||||
| |||||||
