Ny forsyning kunne forhindre dyp-plutoniummangel


Produksjonen av atombrenselbrensel, som for tiden er en svindende ressurs, kan gå inn i overdrive tidlig i 2020-årene. Et offentlig-privat partnerskap ledet av et selskap som heter Technical Solutions Management (TSM), tar sikte på å begynne å generere brukbare mengder plutonium-238 (Pu-238) - materialet som driver dyputforskere som NASAs nysgjerrighet Mars Rover og New Horizons Pluto sonde - innen 2022 eller så. Dett

Produksjonen av atombrenselbrensel, som for tiden er en svindende ressurs, kan gå inn i overdrive tidlig i 2020-årene.

Et offentlig-privat partnerskap ledet av et selskap som heter Technical Solutions Management (TSM), tar sikte på å begynne å generere brukbare mengder plutonium-238 (Pu-238) - materialet som driver dyputforskere som NASAs nysgjerrighet Mars Rover og New Horizons Pluto sonde - innen 2022 eller så.

Dette nyoppdagede prosjektet vil utfylle Pu-238-produksjonsarbeidet som for øyeblikket er i gang på det amerikanske departementet for energi (DOE), sa TSMs administrerende direktør Billy Shipp.

TSMs arbeid "kunne opprette redundans i produksjonen av plutonium, det kunne potensielt øke kapasiteten, hvis [NASA] -oppdragene trengte økt kapasitet, og som et resultat kunne det minimere den programmatiske risikoen generelt for romprogrammet" Shipp, a tidligere direktør for DOE's Idaho National Engineering og Environmental Laboratory (nå kjent som Idaho National Laboratory, eller INL), fortalte Space.com.

Kjernedrevet leting

Pu-238 er nøkkelbestanddelen i radioisotop termoelektriske generatorer (RTG), som konverterer til elektrisitet, varmen som produseres av radioaktive stoffer når det naturlig faller ned i uran-234.

De fleste av NASAs ikoniske planetariske utforskningsoppdrag i løpet av flere tiår har avhengig av RTGer, inkludert de to Voyager 1- og Voyager 2-prober, Viking 1 og Viking 2 Mars-landingsbanen, og Cassini Saturn-orbiter.

USA pleide å produsere Pu-238 som trengs for slike romfartøyer på DOEs Savannah River Site i South Carolina, som en offshoot av anleggets våpenarbeid. (Pu-238 er ikke et bombefremstillingsmateriale, men dens nære fetter Pu-239 er.)

Den produksjonslinjen opphørte i 1988, da den kalde krigen gikk ned. USA begynte å kjøpe Pu-238 fra Russland i 1992, men mottok sin siste forsendelse fra Moskva i 2010. Siden da har den amerikanske lageret krympet; NASAs tildeling er nå nede på rundt 77 kg. (35 kilo), kun halvparten er brukbar i sin nåværende tilstand, har byråets tjenestemenn sagt (selv om resten kunne tenkes å bli oppgradert ved å blande den med nyproducerte Pu-238).

NASAs nåværende RTG-design, kjent som Multi-Mission Radioisotope Thermoelectric Generator, krever 10, 6 lbs. (4, 8 kg) av Pu-238. Så, for tiden har USA nok Pu-238 til å drive bare tre eller fire mer dype romoppdrag.

Pu-238 restart-ganger to?

Men innsats for å unngå kjernefysisk brensel er på vei.

DOE begynte nylig et nytt produksjonsprogram for Pu-238, som produserte en 1, 8 grams (50 gram) prøve av ting i Oak Ridge National Laboratory (ORNL) i Tennessee i slutten av 2015. Hvis alt går etter planen, vil denne rørledningen bør begynne å kjeve ut det beløpet som NASA har bedt om - 3, 3 lbs. (1, 5 kg) Pu-238 hvert år - innen 2023 har DOE-tjenestemenn sagt.

TSMs produksjon vil supplere det av DOE, sa Shipp.

Selskapet offentliggjorde sine planer for noen uker siden, på konferansen Nuclear and Emerging Technologies for Space 2017 i Orlando, Florida, men prosjektet har vært i arbeidet i flere år.

"Vi har gjort dette prosjektet veldig stille, fordi vi bare ikke ville ha noen form for offentlige uttalelser før vi hadde et selvtillitnivå som organisasjoner av denne kaliberen kunne stå bak, " sa Shipp.

Organisasjonene han refererte til er nøkkelpartnerne i den nye produksjonen Pu-238: Canadian Nuclear Laboratories (CNL), DOEs Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) og Ontario Power Generation (OPG), et selskap eid av Ontario-regjeringen .

Slik fungerer det. PNNL har utviklet ny teknologi for å produsere "mål" laget av neptunium-237, sa Shipp. Disse målene vil bli sendt til CNLs Chalk River Laboratories i Ontario, der de blir satt sammen i reaktorbunter. Disse bundlene vil da gå til OPGs Darlington-reaktor, hvor de vil bli bestrålt til generasjonsplutonium-238. Deretter vil buntene gå tilbake til CNL for demontering og kjemisk behandling. (DOEs plutonium-rørledning er likevel komplisert, involverer ORNL, INL og Los Alamos National Laboratory i New Mexico.)

OPG-reaktorer genererer allerede kobolt-60, som brukes til å sterilisere kirurgisk og medisinsk utstyr. Så kommersiell isotopproduksjon er ikke et utenlandsk konsept, sa Shipp.

"Det er ingen kjente showstoppere i dette, så vi er veldig sikre på både en reguleringsbase og en teknisk base at dette vil gå videre, " sa han.

Faktisk kjører ballen på prosjektet, som forvaltes av TSM. (TSM har også lisensiert PNNL-teknologien.) To neptunium-237 mål er blitt bygget, og de ble satt inn i en CNL-reaktor for kvalifikasjonsformål denne måneden, sa Shipp. Et mål vil forbli i 90 dager, og den andre vil forbli i 300 dager, la han til.

Neste fase av prosjektet - som laget tar sikte på å starte mot slutten av året, hvis det kan skaffe tilstrekkelig finansiering - innebærer kvalifisering av reaktorbuntene. Da vil prosjektet utvikle og demonstrere et samlet "flytskjema" av Pu-238-produksjon fra start til slutt, sa Shipp.

Hvis alt går i henhold til planen, kan TSM-ledet innsats være i produksjon så tidlig som 2022. Prosessen er designet for å få 11 kg. (5 kg) Pu-238 per år, men yieldene kunne nesten doble hvis kunden ønsket, sa Shipp.

Denne kunden vil trolig være DOE (og, i forlengelse, NASA), sa han, hovedsakelig fordi neptunium-237 som trengs for å gjøre målene kommer fra den amerikanske føderale regjeringen. Shipp forventer også samarbeid med DOE til en viss grad på en generell produksjonsstrategi.

"Vårt ønske er å ha et fullt integrert plutonium-238-oppdrag for DOE som vi bare er en del av, " sa han.

I tillegg til å gjøre Pu-238-produksjonssystemet mer robust, kan TSM-ledelsen bidra til at landet gjenoppbygger sitt kjernekraftverk, noe som muliggjør økt planetarisk undersøkelse nedover veien, tilføyet Shipp.

"Vår plassprogram er et dynamisk program, " sa Shipp. "Vi står veldig klare til å hjelpe programmet i hvordan det kan utvikle seg."

Snakker med nasa

Shipp sa at laget hans har diskutert sine planer med NASA uformelt. Offisielle diskusjoner bør begynne snart, la han til; Gruppen planlegger å sende et finansieringsforslag til DOE og NASA for å bidra til å betale for fase 2 av prosjektet (kvalifisering av bunter).

Forutsatt at den nåværende DOE-produksjonsinnsatsen fortsetter som planlagt, vil NASA ikke møte en Pu-238-mangel når som helst snart, sa David Schurr, nestleder for romforetakets Planetary Science-divisjon.

"Det er tydelig nok gjennom 2030, " sa Schurr Space.com. (Han nektet å prognose lenger inn i fremtiden, og sa at det ikke er nok kjent om NASAs planer etter 2030.)

Schurr uttrykte teoretisk støtte for å legge til en annen spiller i Pu-238-rørledningen: "Å ha andre reaktorkilder er en god ting, " sa han. Men han understreket at DOE, ikke NASA, har ansvaret for plutoniumproduksjon og vil derfor ha hovedansvar for å vurdere eventuelle forslag fra TSM-gruppen.

"På slutten av dagen ser jeg etter billige måter å få jobben min gjort, " sa Schurr. "Så hvis DOE sier at de liker det, så er jeg interessert."

  • Elementær, min kjære: 8 elementer du aldri har hørt om
  • Siste Saturn-bilder fra NASAs Cassini Orbiter
  • Amazing Mars Photos av NASAs nysgjerrighetsrover (Siste bilder)

Opphavsrett 2016 SPACE.com, et kjøpsselskap. Alle rettigheter reservert. Dette materialet kan ikke bli publisert, kringkastet, omskrevet eller omfordelt.

Sporty Science: Mekanikken i et karnevalspillGamle romerske metall brukt til fysikkeksperiment ignorerer vitenskapsfudPartikler funnet å reise raskere enn lysets hastighetDenne uken, verdensmøtet om endring av menneskene, utforsker etiske grenserAstronomer Bruk Shadowy Alien Worlds til peer Inside StarsAnbefalt: Princeton Field Guide til DinosaurerFree-Fall Forensics: Flytende dråper Gjør nysgjerrige kratereOppdrett et gift for å holde avlinger sunt