HighTech Впервые за примерно 30 лет американские ученые произвели порошок плутония-238. По их словам, это даст толчок исследованиям дальнего космоса, проводимым американским космическим агентством NASA. Продукт получился в результате соединения оксида нептуния с алюминием и последующей прессовки результата в гранулы, которые затем подвергаются облучению. В итоге всех этих химических манипуляций учеными был создан элемент под названием нептуний-238, который затем быстро распался до плутония-238.
Плутоний-238 (Pu-238) – это радиоактивный элемент, распад которого до урана-234 всегда сопровождается активным выделением тепла, которое может быть использовано в качестве источника энергии. Так, например, в 70-х годах прошлого века 30 успешно запущенных космических миссий (в том числе корабли типа «Вояджер»), цель которых заключалась в исследовании дальних планет за пределами Солнечной системы, использовали в качестве топлива окисленную форму изотопа плутония. (Изотоп – это атом элемента с разным количеством нейтронов).
Во время Холодной войны завод Саванна Ривер в американском штате Южная Каролина занимался добычей Pu-238. «Реакторы были остановлены в 1988 году, и с тех пор у правительства США не было возможности производить нужный материал»,– вспоминает в интервью Боб Уэм - глава проекта отдела ядерной безопасности и технологии изотопов при национальной лаборатории Министерства Энергетики США Оук-Ридж (ORNL).
После остановки производства изотопа в США Россия предоставляла необходимый для космических миссий плутоний-238, однако вскоре и она приостановила производство материала. Два года спустя, NASA начали финансировать новые попытки производства этого редкого элемента: в частности, ежегодно правительство США выделяло на эти нужды до 15 миллионов долларов отделу ядерной энергии Министерства Энергетики США.
Плутоний-238 – это идеальный источник энергии для космических миссий по ряду причин, главная из которых - так называемый период полураспада элемента, составляющий примерно 88 лет. Период полураспада – это время, за которое половина атомов элемента распадается. Это означает, что выделение тепла изотопом сократится в два раза только через 88 лет. Согласно Всемирной ядерной ассоциации плутоний-239 – это изотоп, чей период полураспада равен 24 110 годам, он чаще всего образуется из урана в ядерных реакторах.
Более того, «он устойчив при высоких температурах, сам может генерировать существенные температуры в малых количествах и испускать относительно низкий уровень излучения, от которого легко защититься, так что это не влияет на критически важные инструменты и оборудование», – говорит Уэм.
Тем не менее, это далеко не единственное достижение, которого добился Уэм и его коллеги. Например, недавно они создали 50 грамм (1,8 унций) Pu-238, что по словам ученого, является достаточным количеством для определения вещества.
Так как исследователи использовали для производства элемента уже существующую инфраструктуру Министерства энергетики США, первостепенной задачей было адаптировать под нее процесс производства плутония. «Таким образом, нынешние действующие исследовательские реакторы Министерства энергетики меньше тех, что использовались в Саванна Ривер, поэтому нам нужно было модифицировать технологию производства для работы с существующими действующими реакторами», – прокомментировал Уэм.
В ближайшем будущем ученые проверят чистоту образца и займутся расширением производства.
«Если мы автоматизируем и расширим производство, Америка сможет долгие годы производить энергосистемы, работающие на радиоизотопах, которые NASA раньше использовали для исследования дальнего космоса», – сказал Уэм.
По словам исследователей, следующей миссией NASA, в которой планируется использование энергии радиоизотопов, станет запланированный на июль 2020 года запуск марсохода, который будет предназначен для поисков признаков жизни на Красной планете, сбора камней и образцов почвы для дальнейших испытаний на Земле, а также исследований технологий для дальнейшего освоения космоса человеком.