Stany Zjednoczone wznawiają produkcję plutonu 238

Po niemal 30 latach Stany Zjednoczone wyprodukowały próbkę plutonu 238, izotopu pierwiastka, używanego m.in. jako źródła energii elektrycznej i paliwa dla statków kosmicznych. To duża nadzieja dla przyszłych misji do obiektów znajdujących się na obrzeżach Układu Słonecznego.

Departament Energii Stanów Zjednoczonych zdecydował się na wznowienie produkcji plutonu 238, po trwającej od 1988 r. przerwie. Jednym z kluczowym czynników tej decyzji jest rosnące zapotrzebowanie na ten materiał w sektorze kosmicznym. Co prawda, departament posiada około 35 kg plutonu, jednak z upływem czasu magazynowany pierwiastek ulega rozpadowi, tracąc swoje właściwości wytwarzania energii elektrycznej. Wskutek tego, tylko połowa dostępnego materiału spełnia kryteria stawiane przez wymagania misji kosmicznych. Ponadto, z czasem ustała współpraca z Rosją w zakresie importu plutonu.

Rozwój badań kosmicznych stymuluje popyt na ten rzadki izotop. Jeden gram plutonu 238 generuje moc ok. 0,5 wata. Naukowcy oczekują, że radioaktywny pierwiastek będzie paliwem dla technologii nowej generacji, poczynając od orbiterów, poprzez lądowniki i łaziki, aż po długodystansowe sondy. Nic dziwnego, że NASA została głównym sponsorem rodzimej produkcji plutonu. Nie jest to oczywiście tanie przedsięwzięcie – agencja zainwestowała już ok. 200 mln USD, odkąd w 2012 roku rozpoczęła współpracę z Departamentem Energii Stanów Zjednoczonych.

Niewielka, ważąca ok. 50 gramów radioaktywna próbka, wyprodukowana przez Departament to tylko ułamek tego, ile potrzebuje sonda kosmiczna zmierzająca ku odległym globom. Próbka zostanie poddana teraz badaniom pod względem czystości chemicznej i procentowej zawartości izotopu. Badania będą prowadzone w Laboratorium Narodowym Los Alamos w Nowym Meksyku.

Niewystępujący w przyrodzie pluton 238 jest wytwarzany na drodze reakcji jądrowych. Powstaje poprzez napromieniowanie neutronami termicznymi izotopu neptuna 237, posiadającego identyczną liczbę neutronów i o jeden więcej proton w porównaniu do docelowego izotopu. Amerykanie produkują go przy pomocy reaktora znajdującego się w Oak Ridge National Laboratory.

Departament Energii poinformował, że jest w stanie wyprodukować ok. 400 gramów izotopu rocznie, począwszy od 2019 roku. Docelowa produkcja to 1,5 kg rocznie. Technologie oparte na radioaktywnym izotopie zostały już zastosowane podczas misji Apollo, a także w misjach Curiosity, Cassini i New Horizons.

Już za kilka lat, napędzany plutonem łazik Mars 2020, dołączy do szeregu ziemskich pojazdów badających Czerwoną Planetę. Łazik będzie posiadał tylko jeden generator mocy, zwany MMRTG, potrzebujący około 4 kg plutonu 238. Obecnie Stany Zjednoczone posiadają takie ilości izotopu.

W dalszej przyszłości NASA zamierza wysłać sondę w kierunku jednego z księżyców Jowisza – Europy, również wykorzystując pluton jako źródło zasilania.