RTG (radioisotope thermoelectric generator ) är en radioisotop-elektricitetskälla som använder termisk energi som frigörs under det naturliga sönderfallet av radioaktiva isotoper och omvandlar den till elektricitet med hjälp av en termoelektrisk generator .
Jämfört med kärnreaktorer som använder en kedjereaktion , är RTG både mycket mindre och strukturellt enklare. Uteffekten från RTG är mycket låg (upp till flera hundra watt ) med låg verkningsgrad . Men de har inga rörliga delar, och de kräver inte underhåll under hela sin livslängd, vilket kan beräknas i decennier, på grund av vilket de kan användas i rymden för drift av automatiska interplanetära stationer eller på jorden för drift av radiofyrar.
RITEG:er är tillämpbara som energikällor för autonoma system som är avlägsna från traditionella strömförsörjningskällor och kräver flera tiotals till hundratals watt med mycket lång drifttid, för lång för bränsleceller eller batterier .
RITEG:er är huvudkällan för strömförsörjning på rymdfarkoster som utför ett långt uppdrag och långt borta från solen (till exempel Voyager 2 eller Cassini-Huygens ), där användningen av solpaneler är ineffektiv eller omöjlig.
Plutonium-238 2006, när New Horizons -sonden sjösattes till Pluto , fann dess användning som en kraftkälla för rymdfarkostutrustning [1] . Radioisotopgeneratorn innehöll 11 kg högren 238 Pu-dioxid, vilket i genomsnitt producerade 220 W elektricitet under hela resan ( 240 W i början av resan och, enligt beräkningar, 200 W i slutet) [2] [3] .
Galileo- och Cassini - sonderna var också utrustade med plutoniumdrivna kraftkällor [4] . Curiosity - rovern drivs av plutonium-238 [5] . Rovern använder den senaste generationen av RTG:er som kallas Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator . Denna enhet producerar 125 W elektrisk effekt och efter 14 år - 100 W [6] .
Flera kilogram 238 PuO 2 användes på några av Apollo -flygningarna för att driva ALSEP- instrumenten . Kraftgeneratorn SNAP-27 ( Eng. Systems for Nuclear Auxiliary Power ), vars termiska och elektriska effekt var 1480 W respektive 63,5 W , innehöll 3,735 kg plutonium-238-dioxid.
RITEGs användes i navigationsfyrar , radiofyrar , väderstationer och liknande utrustning installerade i områden där det av tekniska eller ekonomiska skäl inte är möjligt att använda andra kraftkällor. I synnerhet i Sovjetunionen användes de som kraftkällor för navigationsutrustning installerad vid Ishavets kust längs den norra sjövägen . För närvarande, på grund av risken för läckage av strålning och radioaktivt material, har man upphört med att installera obevakade RTG:er på svåråtkomliga platser.
I USA användes RTG inte bara för markkraftskällor, utan också för sjöbojar och undervattensinstallationer. Till exempel upptäckte Sovjetunionen 1988 två amerikanska RTG:er bredvid sovjetiska kommunikationskablar i Okhotskhavet. Det exakta antalet RTG installerade av USA är okänt, uppskattningar från oberoende organisationer visade på 100-150 installationer 1992 [7] .
Plutonium-236 och plutonium-238 har använts för att tillverka atomelektriska batterier, vars livslängd når 5 år eller mer. De används i strömgeneratorer som stimulerar hjärtat ( pacemaker ) [8] [9] . Från och med 2003 fanns det 50–100 personer i USA med en plutoniumpacemaker [10] . Innan förbudet mot produktion av plutonium-238 i USA förväntades det att dess användning kunde spridas till dykare och astronauters kostymer [11] .
Radioaktiva material som används i RTG måste uppfylla följande egenskaper:
Plutonium-238 , curium - 244 och strontium-90 är de isotoper som används oftast. Andra isotoper som polonium-210 , prometium - 147, cesium-137 , cerium - 144, rutenium - 106, kobolt-60 , curium-242 och isotoper av thulium har också studerats. Till exempel har polonium-210 en halveringstid på endast 138 dagar med en enorm initial värmeeffekt på 140 watt per gram. Americium -241 med en halveringstid på 433 år och en värmeavgivning på 0,1 W/gram [12] .
Plutonium-238 används oftast i rymdfarkoster. Alfasönderfall med en energi på 5,5 MeV (ett gram ger ~ 0,54 W ). Halveringstiden är 88 år (effektförlust 0,78 % per år) med bildandet av en mycket stabil isotop 234 U. Plutonium-238 är en nästan ren alfasändare, vilket gör den till en av de säkraste radioaktiva isotoperna med minimala biologiska avskärmningskrav. Men att få en relativt ren 238:e isotop kräver drift av speciella reaktorer, vilket gör det dyrt [13] [14] .
Strontium-90 användes i stor utsträckning i markbaserade RTG:er av sovjetisk och amerikansk produktion. En kedja av två β-sönderfall ger en total energi på 2,8 MeV (ett gram ger ~0,46 W ). Halveringstid 29 år för att bilda stabil 90 Zr . Strontium-90 utvinns från använt bränsle från kärnreaktorer i stora mängder. Billigheten och överflöd av denna isotop avgör dess utbredda användning i markutrustning. Till skillnad från plutonium-238 skapar strontium-90 en betydande nivå av joniserande strålning med hög penetreringsförmåga, vilket ställer relativt höga krav på biologiskt skydd [14] .
Det finns ett koncept med subkritiska RTGs [15] [16] . Den subkritiska generatorn består av en neutronkälla och ett klyvbart material. Källans neutroner fångas upp av kärnorna i det klyvbara materialet och orsakar deras klyvning. Den största fördelen med en sådan generator är att energin som frigörs under fissionsreaktionen är mycket högre än energin för alfasönderfall. Till exempel, för plutonium-238, är detta cirka 200 MeV mot 5,6 MeV som frigörs av denna nuklid under alfasönderfall. Följaktligen är den erforderliga mängden substans mycket lägre. Antalet sönderfall och strålningsaktivitet i termer av värmeavgivning är också lägre. Detta minskar generatorns vikt och dimensioner.
Under sovjettiden tillverkades 1007 RTG för markdrift. Nästan alla av dem tillverkades på basis av ett radioaktivt bränsleelement med isotopen strontium-90 (RIT-90). Bränsleelementet är en starkt förseglad svetsad kapsel, inuti vilken är en isotop. Flera varianter av RIT-90 producerades med olika mängder av isotopen [17] . RTG:n var utrustad med en eller flera RHS-kapslar, strålskydd (ofta baserat på utarmat uran ), en termoelektrisk generator, en kylradiator, ett förseglat hölje och elektriska kretsar. Typer av RTG tillverkade i Sovjetunionen: [17] [18]
| Sorts | Initial aktivitet, kCi | Termisk effekt, W | Elektrisk effekt, W | Effektivitet, % | Vikt (kg | Utgivningsår |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Eter-MA | 104 | 720 | trettio | 4,167 | 1250 | 1976 |
| IEU-1 | 465 | 2200 | 80 | 3,64 | 2500 | 1976 |
| IEU-2 | 100 | 580 | fjorton | 2,41 | 600 | 1977 |
| Beta-M | 36 | 230 | tio | 4,35 | 560 | 1978 |
| Gong | 47 | 315 | arton | 5,714 | 600 | 1983 |
| horn | 185 | 1100 | 60 | 5,455 | 1050 | 1983 |
| IEU-2M | 116 | 690 | tjugo | 2 899 | 600 | 1985 |
| Senostav | 288 | 1870 | - | - | 1250 | 1989 |
| IEU-1M | 340 | 2200 | 120 | 5,455 | 2100 | 1990 |
Livslängden för installationer kan vara 10-30 år , för de flesta av dem har den tagit slut. RTG är en potentiell fara eftersom den ligger i ett obebodd område och kan stjälas och sedan användas som en smutsig bomb . Det fanns registrerade fall av demontering av RTGs av jägare för icke- järnmetaller [19] medan tjuvarna själva fick en dödlig dos av strålning [20] .
För närvarande demonteras och kasseras de under överinseende av Internationella atomenergiorganet och med finansiering från USA, Norge och andra länder [17] . I början av 2011 var 539 RTG:er demonterade [21] . Från och med 2012 är 72 RTG i drift, 2 är förlorade, 222 är i lager, 32 håller på att skrotas [22] [23] . Fyra installationer drevs i Antarktis [24] .
Nya RITEGs för navigeringsändamål produceras inte längre, istället installeras vindkraftverk och solcellsomvandlare [20] , i vissa fall dieselgeneratorer. Dessa enheter kallas AIP ( alternativa strömkällor). De består av en solpanel (eller vindgenerator), en uppsättning underhållsfria batterier, en LED-beacon (cirkulär eller pivot), en programmerbar elektronisk enhet som ställer in beacon-driftalgoritmen.
I Sovjetunionen fastställdes kraven för RTGs av GOST 18696-90 "Radionuklide termoelektriska generatorer. Typer och allmänna tekniska krav”. och GOST 20250-83 Radionuklid termoelektriska generatorer. Acceptansregler och testmetoder.
Datakällor – NPO Bellona [26] och IAEA [17]
| datumet | Plats | |
|---|---|---|
| Mars 1983 | Cape Nutevgi , Chukotka | Allvarlig skada på RTG på väg till installationsplatsen. Faktumet om olyckan gömdes av personalen, som upptäcktes av Gosatomnadzor-kommissionen 1997. Från och med 2005 övergavs denna RTG och förblev vid Cape Nutevgi. Från och med 2012 har alla RTGs tagits bort från Chukotka autonoma Okrug [27] . |
| 1987 | Cape Low , Sakhalin oblast | Under transporten släppte helikoptern en RITEG av typen IEU-1, som tillhörde USSR:s försvarsministerium, i Okhotskhavet. Från och med 2013 fortsätter sökarbetet, intermittent, [28] . |
| 1997 | Dushanbe , Tadzjikistan | Tre utgångna RTG:er lagrades demonterade av okända personer i ett kollager i centrum av Dushanbe, en ökad gammabakgrund registrerades i närheten [29] . |
| augusti 1997 | Cape Maria , Sakhalin oblast | Under transporten släppte helikoptern i Okhotskhavet en RITEG av typ IEU-1 nr 11, tillverkad 1995, som låg kvar på botten på ett djup av 25–30 m. Tio år senare, den 2 augusti, 2007 höjdes RTG och skickades för omhändertagande [30] [31] . En extern undersökning och mätningar av radioaktiv strålning genomfördes. Resultaten av den externa undersökningen visade att skyddshöljet inte var skadat, specialisterna på RHBZ SG VMR drog slutsatsen: kraften hos gammastrålning och frånvaron av radioaktiv kontaminering motsvarar den normala strålningssituationen [32] .. |
| 1998 juli | Korsakovs hamn , Sakhalin oblast | En demonterad RITEG tillhörande RF:s försvarsministerium hittades vid uppsamlingsplatsen för skrot. |
| 1999 | Leningrad regionen | RITEG plundrades av jägare för icke-järnmetaller. Ett radioaktivt element (bakgrund nära -1000 R/h) hittades vid en busshållplats i Kingisepp . |
| 2000 | Cape Baranikha , Chukotka | Den naturliga bakgrunden nära apparaten överskred flera gånger på grund av felet i RITEG. |
| maj 2001 | Kandalakshabukten , Murmansk oblast | Tre radioisotopkällor stals från fyrar på ön, som upptäcktes och skickades till Moskva. |
| februari 2002 | Västra Georgien | Nära byn Liya, Tsalenjikha-distriktet , hittade lokala invånare två RTG:er som de använde som värmekällor och sedan demonterade. Som ett resultat fick flera personer höga doser av strålning [33] [34] . |
| 2003 | Nuneangan Island , Chukotka | Det konstaterades att den externa strålningen från apparaten överskred de tillåtna gränserna med 5 gånger på grund av brister i dess design. |
| 2003 | Wrangel Island , Chukotka | På grund av erosionen av kusten föll den här installerade RTG i havet, där den sköljdes bort av jorden. 2011 kastades den ut på kusten av en storm. Strålskyddet för enheten är inte skadat [35] . År 2012 exporterades det från territoriet för Chukotka autonoma okrug [27] . |
| 2003 | Kap Shalaurova Izba , Chukotka | Strålningsbakgrunden nära anläggningen överskreds med en faktor 30 på grund av ett fel i designen av RITEG [36] . |
| mars 2003 | Pihlisaar , Leningrad oblast | RITEG plundrades av jägare för icke-järnmetaller. Det radioaktiva ämnet kastades på istäcket. Den heta kapseln med strontium-90, efter att ha smält genom isen, gick till botten, bakgrunden nära var 1000 R/h. Kapseln hittades snart 200 meter från fyren. |
| 2003 augusti | Shmidtovsky District , Chukotka | Inspektionen hittade inte Beta-M typ RTG nr 57 på installationsplatsen nära Kyvekvynälven ; enligt den officiella versionen antogs det att RTG:n spolats ner i sanden till följd av en kraftig storm eller att den blivit stulen. |
| 2003 september | Golets Island , Vita havet | Personalen på den norra flottan upptäckte stölden av den biologiska skyddsmetallen RTG på Golets Island. Dörren till fyren bröts också in, där en av de kraftigaste RTG:erna med sex RIT-90 element förvarades, som inte blev stulen. |
| november 2003 | Kola Bay , Olenya Guba och South Goryachinsky Island | Två RTGs tillhörande den norra flottan plundrades av jägare för icke-järnmetaller, och deras RIT-90-element hittades i närheten. |
| 2004 | Priozersk , Kazakstan | En nödsituation som uppstod till följd av obehörig demontering av sex RTG:er. |
| mars 2004 | Med. Valentin , Primorsky Krai | En RTG tillhörande Stillahavsflottan hittades nedmonterad, uppenbarligen av jägare efter icke-järnmetaller. Det radioaktiva grundämnet RIT-90 hittades i närheten. |
| juli 2004 | Norilsk | Tre RTGs hittades på militärenhetens territorium, doshastigheten på ett avstånd av 1 m från vilken var 155 gånger högre än den naturliga bakgrunden. |
| juli 2004 | Cape Navarin , Chukotka | Mekanisk skada på RTG-kroppen av okänt ursprung, vilket resulterade i tryckminskning och en del av det radioaktiva bränslet föll ut. Nöd-RTG togs ut för bortskaffande 2007, de drabbade områdena i det angränsande territoriet sanerades [37] . |
| september 2004 | Bunge Land , Yakutia | Nödsläpp av två transportabla RTG:er från en helikopter. Som ett resultat av påverkan på marken kränktes integriteten för strålskyddet av skroven, doshastigheten för gammastrålning nära nedslagsplatsen var 4 m Sv / h. |
| 2012 | Lishny Island , Taimyr | Fragment av RITEG för "Gong"-projektet hittades på installationsplatsen. Det antas att anordningen spolats i havet [24] . |
| 8 augusti 2019 | Nyonoksa polygon , Archangelsk- regionen | Enligt medierapporter inträffade händelsen som krävde fem människors liv under fälttester av en lovande accelerator - ett framdrivningssystem för flytande drivmedel, på vilket radioisotop-"batterier" var monterade [38] . |
| Kärnteknik | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Teknik | |||||||
| material | |||||||
| Kärnkraft _ |
| ||||||
| nukleärmedicin |
| ||||||
| Kärnvapen |
| ||||||
| |||||||
