Войти
Схема РИТЭГ, используемого в зонде Кассини A радиоизотопный термоэлектрический генератор (RTG, RITEG ) - это тип ядерной батареи, в которой используется массив термопар для преобразования тепло, выделяемое при распаде подходящего радиоактивного материала в электричество в результате эффекта Зеебека. Этот тип генератора не имеет движущихся частей.
РИТЭГи использовались в качестве источников энергии на спутниках, космических зондах и на удаленных объектах без экипажа, таких как серия маяков, построенных бывший Советский Союз внутри Полярного круга. РИТЭГи обычно являются наиболее желательными источниками энергии для тех случаев, когда не обслуживаются, когда требуется несколько сотен ватт (или меньше) энергии в течение слишком долгого времени для топливных элементов, батарей или генераторов, чтобы обеспечить экономичность, и в местах, где солнечные элементы не подходят. Безопасное использование РИТЭГов требует удержания радиоизотопов спустя долгое время после окончания срока службы блока. Стоимость РИТЭГов, как правило, ограничивает их использование нишевыми приложениями в редких или особых ситуациях.
Гранула Pu O2, использованная в RTG для миссий Cassini и Galileo. Эта фотография была сделана после изоляции гранулы под слоем графита в течение нескольких минут с последующим удалением этого покрытия. Таблетка раскалена докрасна из-за тепла, выделяемого при радиоактивном распаде (в основном α). Первоначальная мощность составляет 62 Вт. РИТЭГ был изобретен в 1954 году учеными Mound Laboratories Кеном Джорданом и Джоном Бирденом. Они были занесены в Национальный зал славы изобретателей в 2013 году. Джордан и Бирден работали по контракту с армейским корпусом связи (R-65-8-998 11-SC-03-91), начиная с 1 января 1957 года., для проведения исследований радиоактивных материалов и термопар, пригодных для прямого преобразования тепла в электрическую энергию с использованием полония-210 в качестве источника тепла. РИТЭГи были разработаны в США в конце 1950-х годов Mound Laboratories в Майамисбурге, штат Огайо, по контракту с Комиссией по атомной энергии США. Руководил проектом доктор Бертрам С. Бланке.
Первым РИТЭГ, запущенным в космос Соединенными Штатами, был SNAP 3B в 1961 году, работающий на 96 граммах плутония-238. металл, на борту космического корабля ВМФ Transit 4A. Одно из первых наземных применений РИТЭГов было в 1966 году ВМС США в необитаемом районе Fairway Rock на Аляске. РИТЭГи использовались на этом объекте до 1995 года.
Обычное применение РИТЭГов - источник питания космических аппаратов. Системы вспомогательной ядерной энергии (SNAP) использовались для зондов, которые путешествовали далеко от Солнца, что делало солнечные панели непрактичными. Таким образом, они использовались с Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2, Galileo, Улисс, Кассини, New Horizons и Марсианская научная лаборатория. РИТЭГи использовались для питания двух посадочных модулей Viking и для научных экспериментов, оставленных на Луне экипажами с Apollo 12 по 17 (SNAP 27s). Поскольку посадка на Луну Аполлона 13 была прервана, его РИТЭГ находится в южной части Тихого океана, в районе желоба Тонга. РИТЭГи также использовались для спутников Nimbus, Transit и LES. Для сравнения: с полноценными ядерными реакторами запущено всего несколько космических аппаратов: советская серия RORSAT и американская SNAP-10A.
в дополнение к космическим аппаратам., Советский Союз построил много необитаемых маяков и навигационных маяков, питаемых от РИТЭГов.
ВВС США используют РИТЭГи для питания станций дистанционного зондирования для Вверх -ROCC и радиолокационные системы, преимущественно расположенные на Аляске.
В прошлом небольшие «плутониевые клетки» (очень маленькие RTG с Pu-питанием) использовались в имплантированных кардиостимуляторах для обеспечения очень долгое «время автономной работы». По состоянию на 2004 год около девяноста все еще использовались. К концу 2007 года их количество сократилось до девяти. Программа Mound Laboratory Cardiac Pacemaker началась 1 июня 1966 года совместно с NUMEC. Когда было признано, что источник тепла не останется нетронутым во время кремации, программа была отменена в 1972 году, потому что не было возможности полностью гарантировать, что устройства не будут кремированы вместе с телами пользователей.
Конструкция РИТЭГа проста по стандартам ядерной технологии : основным элементом является прочный контейнер с радиоактивным материалом (топливом). Термопары размещаются в стенках контейнера, при этом внешний конец каждой термопары соединяется с теплоотводом . При радиоактивном распаде топлива выделяется тепло. Разница температур между топливом и радиатором позволяет термопарам вырабатывать электричество.
Термопара - это термоэлектрическое устройство, которое может преобразовывать тепловую энергию непосредственно в электрическую энергию, используя эффект Зеебека. Он сделан из двух видов металлов (или полупроводников), которые оба могут проводить электричество. Если они соединены друг с другом в замкнутом контуре и два перехода имеют разные температуры, в контуре будет течь электрический ток. Обычно большое количество термопар подключаются последовательно для создания более высокого напряжения.
Обследование космического корабля Cassini РИТЭГ перед запуском
New Horizons в сборочном цехе
Радиоактивный Материал, используемый в РИТЭГах, должен иметь несколько характеристик:
Первые два критерия ограничить количество возможных видов топлива менее тридцати атомных изотопов во всей таблице нуклидов.
плутоний-238, кюрий-244 и стронций-90 являются наиболее часто цитируемыми изотопами-кандидатами, но другие изотопы, такие как полоний-210, прометий-147, цезий-137, церий -144, рутений-106, кобальт-60, кюрий -242, америций -241 и тулий изотопы также были изучены.
| Материал | Экранирование | Плотность мощности (Вт / г) | Период полураспада (лет) | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Pu | Низкий | 0,54 | 0,54 | 87,7 | 87,7 |
| Sr | Высокий | 0,46 | 0,46 | 28,8 | 28,8 |
| Po | Низкий | 140 | 140 | 0,378 | 0,378 |
| Am | Средний | 0,114 | 0,114 | 432 | 432 |
Плутоний-238 имеет период полураспада 87,7 года, разумную плотность мощности 0,57 Вт на грамм и исключительно низкие уровни гамма- и нейтронного излучения. Pu имеет самые низкие требования к экранированию. Только три изотопа-кандидата соответствуют последнему критерию (не все перечислены выше) и требуют менее 25 мм свинцовой защиты, чтобы заблокировать излучение. Для Pu (лучшего из этих трех) требуется менее 2,5 мм, и во многих случаях экранирование Pu RTG не требуется, поскольку достаточно самого корпуса. Pu стал наиболее широко используемым топливом для РИТЭГов в виде оксида плутония (IV) (PuO 2). Однако оксид плутония (IV), содержащий естественное количество кислорода, излучает нейтроны со скоростью ~ 23x10 н / сек / г плутония-238. Эта скорость эмиссии относительно высока по сравнению со скоростью эмиссии нейтронов металлического плутония-238. Металл, не содержащий примесей легких элементов, выделяет плутоний-238 ~ 2,8х10 н / сек / г. Эти нейтроны образуются в результате спонтанного деления плутония-238.
Разница в скоростях выделения металла и оксида в основном связана с альфа-нейтронной реакцией с кислородом-18 и кислородом-17, присутствующими в оксиде. Нормальное количество кислорода-18, присутствующего в естественной форме, составляет 0,204%, а количество кислорода-17 - 0,037%. Уменьшение содержания кислорода-17 и кислорода-18 в диоксиде плутония приведет к гораздо более низкой скорости эмиссии нейтронов для оксида; это может быть достигнуто методом газофазного обмена O 2. Обычные производственные партии частиц PuO 2, осажденных в виде гидроксида, использовали для демонстрации того, что большие производственные партии могут эффективно заменяться O 2 на рутинной основе. Микросферы PuO 2 с высоким обжигом были успешно заменены на O 2, что свидетельствует о том, что обмен будет иметь место независимо от предыдущей истории термообработки PuO 2. Это снижение скорости испускания нейтронов PuO 2, содержащего нормальный кислород, в пять раз было обнаружено во время исследования кардиостимулятора в лаборатории Mound в 1966 году, отчасти благодаря опыту лаборатории Mound по производству стабильных изотопов. начиная с 1960 года. Для производства больших источников тепла необходимая защита была бы непозволительной без этого процесса.
В отличие от трех других изотопов, обсуждаемых в этом разделе, Pu должен быть специально синтезирован, и его не так много в качестве ядерного отходы. В настоящее время только Россия поддерживает высокие объемы производства, в то время как в США в период с 2013 по 2018 год было произведено в общей сложности не более 50 г (1,8 унции). Агентства США выразили желание начать производство материала со скоростью От 300 до 400 граммов (от 11 до 14 унций) в год. Если этот план будет профинансирован, целью будет наладить процессы автоматизации и масштабирования, чтобы к 2025 году производить в среднем 1,5 кг (3,3 фунта) в год.
Стронций-90 использовался Советским Союзом в наземных РИТЭГах. Sr распадается за счет β-излучения с незначительным γ-излучением. Хотя его период полураспада 28,8 года намного короче, чем у Pu, он также имеет более низкую энергию распада с удельной мощностью 0,46 Вт на грамм. Поскольку выходная мощность ниже, он достигает более низких температур, чем Pu, что приводит к снижению эффективности РИТЭГа. Sr представляет собой высокопроизводительный отход ядерного деления и доступен в больших количествах по низкой цене.
Некоторые прототипы РИТЭГов, впервые построенные в 1958 году Комиссией по атомной энергии США, имеют использовали полоний-210. Этот изотоп обеспечивает феноменальную плотность мощности (чистый Po излучает 140 Вт / г) из-за его высокой скорости распада, но имеет ограниченное применение из-за его очень короткого периода полураспада, составляющего 138 дней. Полграммовый образец Po достигает температуры более 500 ° C (900 ° F). Поскольку Po-210 является чистым альфа-излучателем и не излучает значительного гамма- или рентгеновского излучения, требования к экранированию также низкие, как для Pu-238.
Америций-241 является потенциальным изотопом-кандидатом с более длительным периодом полураспада, чем Pu: Am имеет период полураспада 432 года и может гипотетически обеспечивать питание устройства в течение столетий. Однако плотность мощности Am составляет всего 1/4 от плотности Pu, и Am производит более проникающее излучение через продукты цепочки распада, чем Pu, и требует большей защиты. Его требования к экранированию в RTG находятся на третьем месте: меньше требуется только для Pu и Po. В связи с текущей глобальной нехваткой Pu, Am изучается в качестве топлива для РИТЭГов ESA, а в 2019 году Национальная ядерная лаборатория Великобритании объявила о производстве полезной электроэнергии. Преимущество перед Pu состоит в том, что он образуется как ядерные отходы и почти изотопно чист. Проектные образцы РИТЭГов Am рассчитаны на 2-2,2 Вт e / кг для конструкции РИТЭГов 5–50 Вт e, что ставит РИТЭГы Am наравне с РИТЭГами Pu в этом диапазоне мощностей.
Sr в аварийном состоянии. В большинстве РИТЭГов используется Pu, период полураспада которого составляет 87,7 года. Таким образом, у РИТЭГов, использующих этот материал, будет снижаться выходная мощность в 1–0,5 раза, или 0,787% в год.
Одним из примеров является MHW-RTG, используемый зондами Voyager. В 2000 году, через 23 года после производства, мощность радиоактивного материала внутри РИТЭГа снизилась на 16,6%, что составляет 83,4% от его первоначальной мощности; начиная с мощности 470 Вт, по прошествии этого периода времени она будет иметь мощность всего 392 Вт. Связанная с этим потеря мощности в РИТЭГах "Вояджер" - это ухудшение свойств биметаллических термопар, используемых для преобразования тепловой энергии. в электрическую энергию ; РИТЭГи работали на 67% от их общей первоначальной мощности вместо ожидаемых 83,4%. К началу 2001 года мощность, вырабатываемая РИТЭГами «Вояджер», упала до 315 Вт для «Вояджера-1» и до 319 Вт для «Вояджер-2».
НАСА разрабатывает многоцелевой радиоизотопный термоэлектрический генератор, в котором термопары будут изготовлены из скуттерудита, кобальта арсенида (CoAs 3), которые могут работать при меньшей разнице температур, чем нынешние конструкции на основе теллура. Это будет означать, что аналогичный РИТЭГ будет генерировать на 25% больше энергии в начале миссии и, по крайней мере, на 50% больше через семнадцать лет. НАСА надеется использовать эту конструкцию в следующей миссии New Frontiers.
РИТЭГи используют термоэлектрические генераторы для преобразования тепла радиоактивного материала в электричество. Термоэлектрические модули, хотя и очень надежны и долговечны, но очень неэффективны; КПД выше 10% никогда не достигался, а КПД большинства РИТЭГов составляет 3–7%. Термоэлектрические материалы в космических полетах на сегодняшний день включают кремний-германиевые сплавы, теллурид свинца и теллуриды сурьмы, германия и серебра (ТАГС). Были проведены исследования по повышению эффективности за счет использования других технологий производства электроэнергии из тепла. Достижение более высокого КПД означало бы, что для выработки того же количества энергии требуется меньше радиоактивного топлива и, следовательно, меньший общий вес генератора. Это критически важный фактор при рассмотрении стоимости запуска космического полета.
A термоэмиссионный преобразователь - устройство преобразования энергии, которое основано на принципе термоэлектронной эмиссии - может достигать КПД от 10 до 20%, но требует более высоких температур, чем те, при которых работают стандартные РИТЭГи. В некоторых прототипах Po RTG использовалась термоэлектроника, и потенциально другие чрезвычайно радиоактивные изотопы также могли бы обеспечивать энергию этим способом, но короткие периоды полураспада делают это невозможным. В нескольких ядерных реакторах космического назначения использовалась термоэлектроника, но ядерные реакторы обычно слишком тяжелы для использования на большинстве космических зондов.
Термофотовольтаические элементы работают по тем же принципам, что и фотоэлектрические элементы, за исключением того, что они преобразуют инфракрасный свет, излучаемый горячей поверхностью, а не видимый свет, в электричество. Термофотоэлектрические элементы имеют КПД немного выше, чем термоэлектрические модули (ТЕМ), и их можно накладывать поверх самих себя, потенциально удваивая эффективность. Системы с генераторами радиоизотопов, имитирующими электрические нагреватели, продемонстрировали эффективность 20%, но еще не были испытаны с радиоизотопами. Некоторые теоретические конструкции термофотоэлектрических элементов имеют КПД до 30%, но они еще не построены или подтверждены. Термофотоэлектрические элементы и кремниевые ПЭМ разлагаются быстрее, чем металлические ПЭМ, особенно в присутствии ионизирующего излучения.
Динамические генераторы могут обеспечивать мощность, более чем в четыре раза превышающую эффективность преобразования по сравнению с РИТЭГами. НАСА и Министерство энергетики США разрабатывают источник энергии следующего поколения, работающий на радиоизотопном топливе, названный Радиоизотопный генератор Стирлинга (SRG), в котором используются свободно-поршневые двигатели Стирлинга, соединенные с линейными генераторами переменного тока для преобразования тепла в электричество. Прототипы SRG продемонстрировали средний КПД 23%. Большего КПД можно достичь за счет увеличения соотношения температур между горячим и холодным концом генератора. Использование бесконтактных движущихся частей, износостойких изгибных подшипников и не требующей смазки и герметичной среды на испытательных образцах не продемонстрировало заметного ухудшения характеристик за годы эксплуатации. Экспериментальные результаты демонстрируют, что SRG может работать в течение десятилетий без обслуживания. Вибрация может быть устранена путем применения динамической балансировки или использования движения поршня с двумя противоположными направлениями. Возможные применения радиоизотопной энергетической системы Стирлинга включают исследования и научные миссии в дальний космос, на Марс и Луну.
Повышенная эффективность SRG может быть продемонстрирована путем теоретического сравнения термодинамических свойств следующим образом. Эти расчеты упрощены и не учитывают уменьшение потребляемой тепловой мощности из-за длительного периода полураспада радиоизотопов, используемых в этих генераторах. Предположения для этого анализа включают то, что обе системы работают в установившемся режиме в условиях, наблюдаемых в экспериментальных процедурах (см. Таблицу ниже для используемых значений). Оба генератора могут быть упрощены до тепловых двигателей, чтобы иметь возможность сравнивать их текущую эффективность с их соответствующей эффективностью Карно. Предполагается, что система состоит из компонентов, кроме источника тепла и радиатора.
Тепловой КПД, обозначенный η th, определяется как:
где штрихи (') обозначают производную по времени.
Из общей формы Первого закона термодинамики в форме скорости:
Предполагая, что система работает в установившемся режиме и 
ηth, тогда можно рассчитать, что 110 Вт / 2000 Вт = 5,5% (или 140 Вт / 500 Вт = 28% для SRG). Кроме того, эффективность Второго закона, обозначенная η II, определяется как:
где η th, rev - эффективность Карно, определяемая по формуле:
, в котором T теплоотвод - это внешняя температура (измеренная как 510 K для MMRTG (многоцелевой RTG) и 363 K для SRG) и T источник тепла - это температура MMRTG, предполагаемая 823 K (1123 K для SRG). Это дает эффективность Второго закона 14,46% для MMRTG (или 41,37% для SRG).
Схема штабеля из модулей источников тепла общего назначения, используемых в РИТЭГах Радиоактивные материалы, содержащиеся в РИТЭГах, опасны и могут даже использоваться в злонамеренных целях. Они вряд ли пригодны для настоящего ядерного оружия, но все же могут служить в «грязной бомбе ». Советский Союз построил множество необитаемых маяков и навигационных маяков с питанием от РИТЭГов с использованием стронция-90 (Sr). Они очень надежны и обеспечивают стабильный источник энергии. Большинство из них не имеют защиты, даже заборов или предупреждающих знаков, а расположение некоторых из этих объектов больше не известно из-за плохого учета. В одном случае радиоактивные отсеки вскрыл вор. В другом случае трое лесорубов в районе Цаленджиха, Грузия обнаружили два керамических источника тепла с РИТЭГами, с которых была снята защита; двое из них позже были госпитализированы с тяжелыми лучевыми ожогами после того, как несли источники на спине. В конечном итоге блоки были обнаружены и изолированы. В России насчитывается около 1000 таких РИТЭГов, все из которых уже давно превысили проектный срок службы, составляющий десять лет. Большинство из этих РИТЭГов, вероятно, больше не работают, и, возможно, их придется демонтировать. Некоторые из их металлических кожухов были обнажены охотниками за металлом, несмотря на риск радиоактивного заражения.
РИТЭГи представляют опасность радиоактивного загрязнения : если контейнер удерживая утечку топлива, радиоактивный материал может загрязнить окружающую среду.
Что касается космического корабля, то основная проблема заключается в том, что если во время запуска или последующего пролета космического корабля вблизи Земли произойдет авария, вредные вещества могут быть выброшены в атмосферу; поэтому их использование в космических кораблях и в других местах вызвало споры.
Однако это событие маловероятно при нынешних конструкциях контейнеров с РИТЭГами. Например, в исследовании воздействия на окружающую среду зонда Кассини-Гюйгенс, запущенного в 1997 году, оценивалась вероятность аварий с загрязнением на различных этапах миссии. Вероятность возникновения аварии, вызвавшей выброс радиоактивного вещества из одного или нескольких из 3 РИТЭГов (или из 129 блоков радиоизотопных нагревателей ) в течение первых 3,5 минут после запуска, была оценена в 1 из 1400; шансы на выход на орбиту позже были 1 из 476; после этого вероятность случайного выброса резко упала до менее 1 на миллион. Если авария, которая могла вызвать загрязнение, произошла на этапах запуска (например, космический корабль не смог выйти на орбиту), вероятность заражения, фактически вызванного РИТЭГами, оценивалась примерно в 1 из 10. Запуск был успешным, и Кассини –Huygens достиг Сатурна.
Чтобы свести к минимуму риск выброса радиоактивных материалов, топливо хранится в отдельных модульных блоках с их собственной тепловой защитой. Они окружены слоем металла иридий и заключены в высокопрочные блоки графита. Эти два материала устойчивы к коррозии и высокой температуре. Графитовые блоки окружает аэрозольная оболочка, предназначенная для защиты всей сборки от тепла, возникающего при повторном входе в атмосферу Земли. Плутониевое топливо также хранится в термостойкой керамической форме, что сводит к минимуму риск испарения и аэрозолизации. Керамика также очень нерастворима.
. плутоний-238, используемый в этих РИТЭГах, имеет период полураспада 87,74 года по сравнению с периодом полураспада 24110 лет. из плутония-239, используемого в ядерном оружии и реакторах. Следствием более короткого периода полураспада является то, что плутоний-238 примерно в 275 раз более радиоактивен, чем плутоний-239 (т.е. 17,3 кюри (640 ГБк )/g по сравнению с 0,063 кюри (2,3 ГБк). Например, 3,6 кг плутония-238 подвергается тому же количеству радиоактивных распадов в секунду, что и 1 тонна плутония-239. Поскольку заболеваемость двумя изотопами с точки зрения поглощенной радиоактивности почти равна точно так же, плутоний-238 примерно в 275 раз более токсичен по массе, чем плутоний-239.
Альфа-излучение, испускаемое любым изотопом, не проникает через кожу, но оно может облучать внутренние органы при вдыхании плутония или Особенно подвержены риску скелет, поверхность которого может поглощать изотоп, и печень, где изотоп будет собираться и концентрироваться.
Известно несколько аварий с участием космических кораблей на РИТЭГах:
A SNAP -27 RTG развернутый астронавтами Аполлона 14, идентичный тому, который был потерян при входе в атмосферу Аполлона 13 . Один РИТЭГ, SNAP-19C, был потерян около вершины горы Нанда Деви в Индии в 1965 год, когда он хранился в скале недалеко от вершины горы перед лицом снежной бури, прежде чем его можно было установить для питания удаленной автоматизированной станции ЦРУ, собирающей телеметрические данные с китайского ракетного испытательного центра. Семь капсул были унесены лавиной с горы на ледник и так и не восстановились. Скорее всего, они растаяли через ледник и превратились в порошок, в результате чего топливо из сплава плутония и циркония окислило частицы почвы, которые движутся в шлейфе под ледником.
Многие Бета-М РИТЭГи произведенные Советским Союзом для питания маяки и маяки стали бесхозными источниками излучения. Некоторые из этих блоков были незаконно разобраны на металлолом (что привело к полному обнажению источника Sr-90 ), упали в океан или имеют дефектную защиту из-за плохой конструкции или физического повреждения. Программа Министерства обороны США по совместному уменьшению угрозы выразила обеспокоенность тем, что материалы из РИТЭГов Бета-М могут быть использованы террористами для создания грязной бомбы.
РИТЭГи реакторы деления используют очень разные ядерные реакции.
Ядерные энергетические реакторы (включая миниатюрные, используемые в космосе) осуществляют управляемое деление ядер в рамках цепной реакции. Скорость реакции можно контролировать с помощью регулирующих стержней, поглощающих нейтроны, поэтому мощность можно изменять по запросу или отключать (почти) полностью для обслуживания. Однако необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать неконтролируемой работы на опасно высоких уровнях мощности или даже взрыва или ядерного расплавления.
Цепные реакции не происходят в РИТЭГах. Тепло выделяется в результате спонтанного радиоактивного распада с нерегулируемой и постоянно уменьшающейся скоростью, которая зависит только от количества изотопа топлива и его периода полураспада. В RTG выработка тепла не может изменяться в зависимости от потребности или отключаться, когда она не нужна, и невозможно сэкономить больше энергии на будущее за счет снижения энергопотребления. Следовательно, для удовлетворения пикового спроса могут потребоваться вспомогательные источники питания (например, аккумуляторные батареи), а соответствующее охлаждение должно обеспечиваться в любое время, включая этапы перед запуском и ранним полетом космической миссии. Эффектные сбои, такие как ядерный расплав или взрыв, невозможны с РИТЭГом, однако существует риск радиоактивного заражения, если ракета взорвется или устройство снова войдет в атмосферу и распадется.
В связи с нехваткой плутония-238 был предложен новый вид РИТЭГов с подкритическими реакциями. В этом виде РТГ альфа-распад радиоизотопа также используется в реакциях альфа-нейтронов с подходящим элементом, таким как бериллий. Таким образом создается долгоживущий источник нейтронов. Поскольку система работает с критичностью, близкой, но меньше 1, то есть K eff < 1, a достигается докритическое умножение, которое увеличивает нейтронный фон и производит энергию от реакций деления. Хотя количество делений, производимых в РТГ, очень мало (что делает их гамма-излучение незначительным), поскольку каждая реакция деления выделяет почти в 30 раз больше энергии, чем каждый альфа-распад (200 МэВ по сравнению с 6 МэВ), до достижимо увеличение энергии до 10%, что приводит к снижению количества Pu, необходимого для выполнения одной миссии. Идея была предложена НАСА в 2012 году для ежегодного конкурса NASA NSPIRE, который в 2013 году был переведен в Национальную лабораторию Айдахо в Центре космических ядерных исследований (CSNR) для изучения осуществимости. Однако основные положения остались неизменными.
РИТЭГ были предложены для использования в реалистичных межзвездных миссиях-предшественниках и межзвездных зондах. Примером этого является предложение НАСА Innovative Interstellar Explorer (2003 – настоящее время). РИТЭГ, использующий Am, был предложен для этого типа миссий в 2002 году. Он может обеспечить продление миссии до 1000 лет на межзвездном зонде, потому что выходная мощность будет снижаться медленнее в долгосрочной перспективе, чем плутоний. Другие изотопы для РИТЭГов также были изучены в ходе исследования с учетом таких характеристик, как ватт / грамм, период полураспада и продукты распада. В предложении межзвездного зонда от 1999 г. предлагалось использовать три усовершенствованных радиоизотопных источника питания (ARPS).
Электричество RTG можно использовать для питания научных инструментов и связи с Землей на зондах. Одна миссия предлагала использовать электричество для питания ионных двигателей, назвав этот метод радиоизотопным электрическим движителем (REP).
Было предложено увеличение мощности радиоизотопных источников тепла на основе самоиндуцированного электростатического поля. По словам авторов, с помощью бета-источников можно достичь улучшения до 10%.
Типичный РИТЭГ питается от радиоактивного распада и использует электричество от термоэлектрического преобразования, но для ознакомления сюда включены некоторые системы с некоторыми вариациями этой концепции.
Известные космические аппараты / ядерные энергетические системы и их судьба. Системы сталкиваются с разными судьбами, например, SNAP-27 Apollo остались на Луне. Некоторые другие космические аппараты также имеют небольшие радиоизотопные нагреватели, например, каждый из марсоходов Mars Exploration Rover имеет радиоизотопный нагреватель мощностью 1 Вт. В космическом корабле используется разное количество материала, например, MSL Curiosity содержит 4,8 кг диоксида плутония-238, а космический корабль Cassini - 32,7 кг.
| Название и модель | Используется на (количество ритэгов на пользователя) | Максимальная мощность | Радио-. изотоп | Максимальное количество использованного топлива. (кг) | Масса (кг) | Мощность / масса (Электрическая Вт / кг) | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Электрические (W ) | Тепло (Вт) | ||||||
| MMRTG | MSL / Curiosity Rover | c. 110 | c. 2000 | Pu | c. 4 | <45 | 2,4 |
| GPHS-RTG | Кассини (3), New Horizons (1), Галилео (2), Улисс (1) | 300 | 4400 | Pu | 7,8 | 55,9–57,8 | 5,2–5,4 |
| MHW-RTG | ЛЕС-8/9, Вояджер 1 (3), Voyager 2 (3) | 160 | 2400 | Pu | c. 4,5 | 37,7 | 4,2 |
| SNAP -3B | Transit-4A (1) | 2,7 | 52,5 | Pu | ? | 2,1 | 1,3 |
| SNAP-9A | Transit 5BN1 / 2 (1) | 25 | 525 | Pu | c. 1 | 12,3 | 2,0 |
| SNAP-19 | Nimbus-3 (2), Pioneer 10 (4), Pioneer 11 (4) | 40,3 | 525 | Pu | ок. 1 | 13,6 | 2,9 |
| модифицированный SNAP-19 | Viking 1 (2), Viking 2 (2) | 42,7 | 525 | Pu | c. 1 | 15,2 | 2,8 |
| SNAP-27 | Аполлон 12–17 ALSEP (1) | 73 | 1480 | Pu | 3,8 | 20 | 3,65 |
| (реактор деления) Бук (БЭС-5) ** | US-As (1) | 3000 | 100,000 | высокообогащенный U | 30 | 1000 | 3,0 |
| (реактор деления) SNAP-10A *** | SNAP-10A (1) | 600 | 30,000 | высокообогащенный U | 431 | 1,4 | |
| ASRG **** | прототип дизайн (не запущен), Программа Discovery | c. 140 (2x70) | c. 500 | Pu | 1 | 34 | 4,1 |
** не совсем РИТЭГ, реактор БЭС-5 Бук (БЭС-5 ) был реактором на быстрых нейтронах, в котором для преобразования тепла непосредственно в электричество использовались термопары на основе полупроводников
*** на самом деле не РИТЭГ, SNAP-10A использовал обогащенное урановое топливо, гидрид циркония в качестве замедлителя, жидкий теплоноситель из натрий-калийного сплава и был активирован или дезактивирован с помощью бериллиевых отражателей. производство электроэнергии.
**** на самом деле не РИТЭГ, ASRG использует устройство Стирлинга, работающее на радиоизотопе (см. генератор радиоизотопа Стирлинга )
| Название и модель | Использовать | Максимальная мощность | Радиоизотоп | Максимальное количество используемого топлива. (кг) | Масса (кг) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Электрические (Вт) | Тепловые (Вт) | |||||
| Бета-М | Устаревшие советские беспилотные. маяки и маяки | 10 | 230 | Sr | 0,26 | 560 |
| Эфир-МА | 30 | 720 | ? | ? | 1250 | |
| ИЭУ-1 | 80 | 2200 | Sr | ? | 2500 | |
| ИЭУ-2 | 14 | 580 | ? | ? | 600 | |
| Gong | 18 | 315 | ? | ? | 600 | |
| Gorn | 60 | 1100 | ? | ? | 1050 | |
| IEU-2M | 20 | 690 | ? | ? | 600 | |
| IEU-1M | 120 (180) | 2200 (3300) | Sr | ? | 2 (3) × 1050 | |
| Sentinel 25 | Удаленные пункты мониторинга Арктики в США | 9–20 | SrTiO 3 | 0,54 | 907–1814 | |
| Sentinel 100F | 53 | Sr2TiO 4 | 1,77 | 1234 | ||
| RIPPLE X | Буи, маяки | 33 | SrTiO 3 | 1500 | ||
 | На Викискладе есть средства массовой информации, связанные с радиоизотопными термоэлектрическими генераторами. |
