No más “Curiositys” ni “Cassinis”. El Plutonio-238 se acaba

Los tres generadores de radioisotopos (RTGs) montados en la Voyager 1 al final del brazo izquierdo
Esta sonda que abre el post os sonará, es la Voyager 1 y después de 36 años de viaje ininterrumpido acaba de entrar al espacio interestelar. Lo sabemos porque la sonda, después de tantos años, sigue mandando datos, el pequeño viajero sigue vivo. Todo esto sería imposible sin la tres baterías de plutonio-238 que lleva en su interior. Los paneles solares hace mucho tiempo que no tendrían ninguna función y cualquier otra fuente de energía no hubiese aguantado tanto tiempo manteniendo viva la misión.
Todo lo que la humanidad conoce sobre los planetas situados en la parte externa de nuestro sistema solar se lo debemos al plutonio. La Cassini está realizando la exploración más exhaustiva de Saturno y su sistema de satélites que jamás se haya hecho, la sonda Galileo y su mítico viaje a Júpiter, el propio Curiosity en la superficie marciana, la sonda New Horizons que en 2015 llegará a Plutón… todo impensable sin este valioso metal radiactivo. Simplemente no existiría la exploración espacial como la conocemos, ninguna otra fuente de energía es capaz de sustituirla en estos momentos, nada de paneles solares, baterías o sistemas de fisión nuclear (demasiado pesados). Dependemos del plutonio-238 para seguir explorando el cosmos y se está agotando.

Plutonio-238 usado para las sondas Galileo y Ulysses
La NASA ha emitido un comunicado anunciando que apenas queda material para terminar esta década, y a partir de ahí nada más. El problema no sólo es propiedad de la NASA, las reservas mundiales están prácticamente agotadas.
El stock actual apenas llega a las 36 libras de plutonio, si pensamos que solo el Curiosity necesitó 10 libras para su funcionamiento podemos entender la magnitud del problema. Las implicaciones son extremadamente graves, cuando se acaben las reservas no podremos explorar acerca del 99% del sistema solar.
Para los que puedan alegar problemas con la fabricación de plutonio-238, solo un dato, este material no es capaz de ser usado para la fabricación de armas nucleares, por lo que su producción no es un riesgo para nuestra inconsciente civilización.
Las únicas fuentes naturales de plutonio-238 se formaron varios eones antes de que la Tierra apareciera hace unos 4.600 millones de años. Su origen está en explosiones de supernovas, el problema (y a la vez su virtud) está en su tiempo de vida media, como otros materiales radiactivos su estructura atómica es inestable, cuando un átomo de su núcleo se descompone emite un tipo de radiación, llamada radiación alfa, toda esta energía puede calentar el material hasta 1260 grados Celsius y esto podemos convertirlo en electricidad, una batería capaz de suplir energía a una sonda durante décadas.
Podemos fabricar plutonio-238, pero los fondos escasean y la situación afecta a todas las sondas planeadas más allá del 2020. En la NASA ya recibe el nombre de “el problema”

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piemti dijo:

noticia completamente desactualizada



Estados Unidos vuelve a tener una capacidad que perdió hace 25 años: fabricar plutonio-238. El Departamento de Energía (DOE) acaba de producir su primera muestra de prueba de este isótopo, lo que permitirá equipar a las futuras sondas espaciales norteamericanas con generadores de radioisótopos (RTG) sin miedo a agotar las reservas existentes. Actualmente, la NASA depende del plutonio de origen ruso para sus sondas espaciales (sí, Curiosity usa plutonio ruso), pero Rusia decidió cerrar su línea de producción en abril de 2010.

Una muestra de dióxido de plutonio brillando dentro de un recipiente cerámico (DOE/NASA).​

El camino hasta aquí no ha sido fácil. La NASA lleva más de cinco años intentando convencer al gobierno de la necesidad de volver a iniciar la producción de plutonio-238, un isótopo que no tiene ningún interés militar (los isótopos de este elemento más populares para su uso en armas nucleares son el plutonio-239 y el plutonio-240). El nuevo lote de Pu-238 se ha "fabricado" en un reactor del National Oak Ridge Laboratory (Tennessee) irradiando muestras de neptunio-237. El plutonio empleado en un RTG de serie se halla en forma de dióxido de plutonio formando pequeñas esferas de unos 150 gramos rodeadas por una cápsula de iridio con el fin de evitar que el isótopo pueda verterse al medio ambiente por culpa de un accidente. Estas esférulas se agrupan dentro de un módulo llamado GPHS (General Purpose Heat Source). Varios GPHS se unen para formar un RTG convencional. Actualmente, la NASA opera varias sondas que llevan RTGs, como es el caso de la Cassini, New Horizons, Curiosity o las dos Voyager. Además de los RTG, este material puede usarse en sistemas más simples denominados RHU (Radio-Isotope Heater Units), destinados a elevar la temperatura de ciertas zonas de la nave gracias al calor emitido por la desintegración del plutonio.

Esférula de dióxido de plutonio-238 (NASA/DOE).​

Esquema de un GPHS (NASA).​

RTG (MMRTG) de Curiosity (NASA).​

Ritmo de creación de Pu-238 a partir de neptunio (NASA).​

A pesar de ser obviamente radiactivos -a diferencia de un reactor nuclear no activado- los RTGs son muy seguros y están diseñados para no emitir plutonio a la atmósfera en caso de accidente. En 1968 el satélite Nimbus B-1 fue destruido durante un lanzamiento fallido. El satélite disponía de dos RTG SNAP-19B2 que terminaron hechos trizas en el fondo del océano a cien metros de profundidad, pero sin embargo no se detectó ninguna fuga de material radiactivo. Los RTGs actuales son aún más seguros y están diseñados para resistir intactos un fallo catastrófico del lanzador.

Restos de los RTGs del Nimbus B-1 en el fondo del océano (NASA).​

Se espera que el DOE pueda producir entre 1,5 y 2 kg de plutonio-238 al año, más que suficiente para alimentar a la nueva generación de RTG tipo Stirling que debe equipar a las futuras sondas espaciales norteamericanas. Estos generadores, denominados SRG o ASRG, pueden producir la misma cantidad electricidad con cuatro veces menos plutonio que los actuales modelos, aunque a cambio poseen partes móviles. La NASA y el DOE esperan tener listos en 2016 plutonio suficiente para dos RTGs, aunque todavía no hay ninguna misión asociada a los mismos. En cualquier caso, hay que recordar que muchas propuestas de misiones planetarias que hacían uso de RTGs no han sido aprobadas por la NASA en buena medida por culpa de la escasez de este material, como fue el caso de la sonda TiME para explorar los mares de metano-etano de Titán. Ni que decir tiene, estamos ante una muy buena noticia para la exploración espacial. Ahora sólo falta construir las sondas que usarán este plutonio.

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medallondecaca dijo:

si leyeras alguna vez te darias cuenta que el problema no es que se este acabando, el costo para producirlo es muy alto

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The distance this craft has covered is almost incomprehensible. It’s so far away that it takes more than 17 hours for its signals to reach Earth. Along the way, Voyager 1 gave scientists their first close-up looks at Saturn, took the first images of Jupiter’s rings, discovered many of the moons circling those planets and revealed that Jupiter’s moon Io has active volcanoes. Now the spacecraft is discovering what the edge of the solar system is like, piercing the heliosheath where the last vestiges of the sun’s influence are felt and traversing the heliopause where cosmic currents overcome the solar wind. Voyager 1 is expected to keep working until 2025 when it will finally run out of power.
None of this would be possible without the spacecraft’s three batteries filled with plutonium-238. In fact, Most of what humanity knows about the outer planets came back to Earth on plutonium power. Cassini’s ongoing exploration of Saturn, Galileo’s trip to Jupiter, Curiosity’s exploration of the surface of Mars, and the 2015 flyby of Pluto by the New Horizons spacecraft are all fueled by the stuff. The characteristics of this metal’s radioactive decay make it a super-fuel. More importantly, there is no other viable option. Solar power is too weak, chemical batteries don’t last, nuclear fission systems are too heavy. So, we depend on plutonium-238, a fuel largely acquired as by-product of making nuclear weapons.
But there’s a problem: We’ve almost run out.
“We’ve got enough to last to the end of this decade. That’s it,” said Steve Johnson, a nuclear chemist at Idaho National Laboratory. And it’s not just the U.S. reserves that are in jeopardy. The entire planet’s stores are nearly depleted.
The country’s scientific stockpile has dwindled to around 36 pounds. To put that in perspective, the battery that powers NASA’s Curiosity rover, which is currently studying the surface of Mars, contains roughly 10 pounds of plutonium, and what’s left has already been spoken for and then some. The implications for space exploration are dire: No more plutonium-238 means not exploring perhaps 99 percent of the solar system. In effect, much of NASA’s $1.5 billion-a-year (and shrinking) planetary science program is running out of time. The nuclear crisis is so bad that affected researchers know it simply as “The Problem.”
But it doesn’t have to be that way. The required materials, reactors, and infrastructure are all in place to create plutonium-238 (which, unlike plutonium-239, is practically impossible to use for a nuclear bomb). In fact, the U.S. government recently approved spending about $10 million a year to reconstitute production capabilities the nation shuttered almost two decades ago. In March, the DOE even produced a tiny amount of fresh plutonium inside a nuclear reactor in Tennessee.
It’s a good start, but the crisis is far from solved. Political ignorance and shortsighted squabbling, along with false promises from Russia, and penny-wise management of NASA’s ever-thinning budget still stand in the way of a robust plutonium-238 production system. The result: Meaningful exploration of the solar system has been pushed to a cliff’s edge. One ambitious space mission could deplete remaining plutonium stockpiles, and any hiccup in a future supply chain could undermine future missions.

In 2012, a line item in NASA’s $17-billion budget fed $10 million in funding toward an experiment to create a tiny amount of plutonium-238. The goals: gauge how much could be made, estimate full-scale production costs, and simply prove the U.S. could pull it off again. It was half of the money requested by NASA and the DOE, the space agency’s partner in the endeavor (the Atomic Energy Act forbids NASA to manufacture plutonium-238). The experiment may last seven more years and cost between $85 and $125 million.
At Oak Ridge National Laboratory in Tennessee, nuclear scientists have used the High Flux Isotope Reactor to produce a few micrograms of plutonium-238. A fully reconstituted plutonium program described in the DOE’s latest plan, released this week, would also utilize a second reactor west of Idaho Falls, called the Advanced Test Reactor.
That facility is located on the 890-square-mile nuclear ranch of Idaho National Laboratory. The scrub of the high desert rolls past early morning visitors as the sun crests the Teton Range. Armed guards stop and inspect vehicles at a roadside outpost, waving those with the proper credentials toward a reactor complex fringed with barbed wire and electrified fences.

The Advanced Test reactor’s unique four—leaf—clover core design. (Idaho National Laboratory)
Beyond the last security checkpoint is a warehouse-sized, concrete-floored room. Yellow lines painted on the floor cordon off what resembles an aboveground swimming pool capped with a metal lid. A bird’s-eye view reveals four huge, retractable metal slabs; jump through one and you’d plunge into 36 feet of water that absorbs radiation. Halfway to the bottom is the reactor’s 4-foot-tall core, its four-leaf clover shape dictated by slender, wedge-shaped bars of uranium. “That’s where you’d stick your neptunium,” nuclear chemist Steve Johnson said, pointing to a diagram of the radioactive clover.
Neptunium, a direct neighbor to plutonium on the periodic table and a stable byproduct of Cold War-era nuclear reactors, is the material from which plutonium-238 is most easily made. In Johnson’s arrangement, engineers pack tubes with neptunium-237 and slip them into the reactor core. Every so often an atom of neptunium-237 absorbs a neutron emitted by the core’s decaying uranium, later shedding an electron to become plutonium-238. A year or two later — after harmful isotopes vanish — technicians could dissolve the tubes in acid, remove the plutonium, and recycle the neptunium into new targets.
The inescapable pace of radioactive decay and limited reactor space mean it may take five to seven years to create 3.3 pounds of battery-ready plutonium. Even if full production reaches that rate, NASA needs to squeeze every last watt out of what will inevitably always be a rather small stockpile.
The standard-issue power source, called a multi-mission thermoelectric generator — the kind that now powers the Curiosity rover — won’t cut it for space exploration’s future. “They’re trustworthy, but they use a heck of a lot of plutonium,” Johnson said.
In other words, NASA doesn’t just need new plutonium. It needs a new battery.

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bj_radio dijo:

Podemos fabricar plutonio-238, pero los fondos escasean

En otras palabras , no es para alarmarse...es solo un tema económico.

titulo amarillista

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aparato dijo:

alguien me puede decir cómo es el proceso de conversion de energia nuclear a energia electrica? ¿calentar agüita y mover la hélice?

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piemti dijo:

si correcto, calentar aguita y con el vapor mover turbinas, que simple cierto

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ruizvial dijo:

Falso. Salio en tu propia texto que el motor es de tipo stirling.

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Krretero dijo:

Aqui en colonia dignidad hay uranio.. se extraia y se enviaba a alemania, ahora no se si lo extraen o no.. el gobierno de chile le dijo un par de veces que no lo hicieran porke era un metal estrategico, pero ellos siguieron haciendolo...

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Krretero dijo:

Aqui en colonia dignidad hay uranio.. se extraia y se enviaba a alemania, ahora no se si lo extraen o no.. el gobierno de chile le dijo un par de veces que no lo hicieran porke era un metal estrategico, pero ellos siguieron haciendolo...

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