Geben Atombatterien radioaktive Strahlen ab, während sie von Satelliten und Shuttles verwendet werden?

Wenn wir die Diskussion auf moderne RTGs beschränken können, die für Explorationssonden verwendet werden, gibt es wirklich nicht viel an Vorsichtsmaßnahmen. Es gibt Vorkehrungen, um ein Scheitern des Starts und eine anschließende Kontamination der Umwelt der Erde zu verhindern. Aber natürlich kann man daneben stehen, solange der Brennstoff in fester Keramikform vorliegt.

      _{Umweltgesundheitsspezialist Jamie Keeley führt eine externe Strahlungsinspektion der
      thermoelektrischen Radioisotop-Generatoren des Raumfahrzeugs Cassini-Huygens durch. NASA-Foto von Wiki Commons (klicken für Foto in voller Auflösung)}

Aus Bildern wie diesem ist nicht ersichtlich, aber dieser Arbeiter trägt einen mit Polymergel gefüllten Strahlendosimetrieschlauch, der die Berufsdosis misst. An den Einzelheiten interessiert, fand ich heraus, dass Tabelle 2-3 in diesem Link die Isotopenkonzentration für das Cassini-RTG angibt - was wir brauchen, um Ihre Frage zu beantworten.

Es enthält Pu-236 bis Pu-242. Isotope sind chemisch fast vollständig identisch, und deshalb ist es nicht praktikabel, diese zu trennen, und die Verunreinigungen bleiben zurück. Wenn die Isotopentrennung trivial wäre, würden wir nichts als Pu-238 übrig lassen, aber das ist es nicht.

Um die Grenze zwischen Isotopen und Aktivität zu ziehen, müssen Sie sie in Ihrer bevorzugten Nuklidkarte nachschlagen . Wenn Sie die relativen Aktivitäten und das Zerfallsverzweigungsverhältnis kombinieren, können Sie zwei Dinge beobachten, die die Nicht-Alpha-Strahlung dominieren:

• Pu-238 trägt dazu bei$9 \times 10^6 Bq$der spontanen Spaltungsaktivität
• Pu-241 trägt etwa bei$7 \times 10^{11} Bq$der Beta-Aktivität

Das ist ziemlich umfassend. Abgesehen von der (beabsichtigten) Alphastrahlung und den beiden oben genannten Begriffen gibt es nicht viel andere Strahlung. Das zeigt vor allem, dass Cassinis RTG extrem strahlungsrein ist. Sicher, Sie würden wahrscheinlich die Zeit einschränken, die Ihre Ingenieure daneben verbringen, aber das liegt nicht wirklich daran, dass es eine biologische Gefahr darstellt, sondern nur, damit Sie eine niedrigere Strahlendosis am Arbeitsplatz melden können.

Die Beta-Strahlung macht es ein wenig weiter als die Alpha-Strahlung, aber nicht so viel auf einem Multi-Tonnen-Raumschiff. Es wird die Elektronik fast nicht beeinflussen. Ähnlich verhält es sich mit der spontanen Spaltung. Das könnte zu biologischen Bedenken führen. Die Spaltung erzeugt eine Vielzahl von Teilchen, und die Neutronen sind besonders problematisch. Ihre Auswirkungen werden jedoch von der gesamten Strahlungsumgebung im Weltraum in den Schatten gestellt.

Der Begriff Kernbatterie könnte sich jedoch auf andere Konstruktionen beziehen, sogar auf Spaltreaktoren. Raumfahrzeuge mit diesen erfordern eine Abschirmung, die zwischen dem Reaktor und der wissenschaftlichen Nutzlast in ihr Design eingebaut werden muss.

Obwohl die obigen Antworten in Ordnung sind, denke ich, dass die Frage durch ein grundlegenderes Missverständnis von Strahlung ausgelöst wird.

Strahlung gibt es in 4 Geschmacksrichtungen:

Alpha: Ein Heliumkern. Schädlich , wenn es in Ihr Gewebe gelangt, aber Ihre eigene Haut ist eine nahezu perfekte Verteidigung dagegen. Alphastrahler sind nur dann bedenklich, wenn Sie sie einnehmen.

Beta: Ein Elektron. Diese sind so leicht, dass ihnen viel Durchschlagskraft fehlt. Obwohl sie besser durchdringen als Alpha-Partikel, werden sie dennoch sehr leicht gestoppt – auch durch den Behälter für Ihr radioaktives Material. Ihre Haut leistet auch gute Arbeit, um sie zu stoppen.

Beim Umgang mit solchen Materialien besteht Ihre einzige Sorge darin, deren Einnahme zu vermeiden. Es spielt keine Rolle, wie viel emittiert wird, sie werden dir nichts tun. Beachten Sie, dass die meiste Radioaktivität von einer dieser Formen ist.

Die dritte Form ist Röntgen- und Gammastrahlung (der einzige Unterschied ist das Energieniveau, sie sind wirklich dasselbe.) Röntgenstrahlen brauchen eine anständige Masse, um zu stoppen - wie die Weste, die der Zahnarzt Ihnen anlegt, wenn schießen Röntgenstrahlen (und ihre Maschinen befinden sich in abgeschirmten Räumen.) Gammastrahlen sind einfach zu durchdringend, um von einem tragbaren Schild gestoppt zu werden – beachten Sie das Fehlen der Bleiwesten in den nuklearmedizinischen Labors.

Schließlich gibt es noch die Neutronen. Sie sind nicht so durchdringend wie Gammastrahlen, aber sie sind immer noch ziemlich böse und sie haben auch die extrem böse Eigenschaft, manchmal Radioaktivität in dem zu induzieren, was sie treffen.

Wenn Sie eine Nuklearbatterie herstellen, wählen Sie nicht nur aus Sicherheitsgründen Alpha- oder Betastrahler, sondern weil die durchdringende Natur von Gamma- und Neutronenenergie bedeutet, dass sie von der Batterie weggetragen wird – bauen Sie Ihre Batterie aus etwas wie Cobalt-60 (ein starkes Gamma Emitter) und es erzeugt nicht mehr als ein Rinnsal Strom.

Der einzige Grund, warum Sie außerhalb einer Atombatterie Radioaktivität erhalten würden, ist, dass nichts wirklich rein ist und manchmal nicht einmal versucht wird, die Verunreinigungen zu entfernen. (Schauen Sie sich die Antwort von AlanSE zu Plutoniumbatterien an. P-238 von Pu-239 zu trennen ist dreimal so schwierig wie U-235 von U-238 zu trennen - wie es in einer Anreicherungsanlage geschieht. Das sind große Anlagen.)

238Pu zerfällt durch Alpha-Emission. Es ist trivial, sich gegen ein geladenes Teilchen wie ein Alpha abzuschirmen; es wird durch ein paar Zentimeter Luft oder durch ein Stück Papier blockiert. RTGs sind in extrem robusten Gehäusen eingeschlossen, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass Plutonium in die Atmosphäre gelangt, wenn die Rakete explodiert. Das Gehäuse blockiert alle Alpha-Partikel vollständig.

Wenn 238Pu jedoch ein Alpha aussendet, erhalten Sie in 29% der Fälle auch ein 43-keV-Röntgenbild. Diese würden etwa 0,3 % der vom 238Pu emittierten Energie darstellen, der Rest liegt im Alphabereich. Obwohl 0,3 % relativ wenig sind, wird ein Klumpen 238Pu dieser Größe eine verdammt heiße Röntgenquelle sein. 43 keV ist jedoch ein Röntgenstrahl mit ziemlich niedriger Energie, daher ist er nicht besonders durchdringend. Einige dieser Röntgenstrahlen werden durch das umgebende Plutonium selbst blockiert. Nach Googeln sieht es so aus, als ob Leute, die mit 238Pu hantieren, dies in einem Handschuhfach tun, mit mit Blei ausgekleideten Handschuhen und Vorsichtsmaßnahmen, um die intensive Hitze loszuwerden. Auf dem Foto in AlanSEs Antwort würde ich vermuten, dass die Frau einen Geigerzähler verwendet, um nach Röntgenstrahlen zu suchen, die der Abschirmung entkommen sind.

Nach dem Zerfall von 238Pu wird es zu 234U, das eine extrem lange Halbwertszeit hat und daher keine Strahlung mit nennenswerter Intensität emittiert.

An Bord des Raumfahrzeugs könnten während seiner Mission austretende Röntgenstrahlen möglicherweise Unheil anrichten, beispielsweise Computerchips beschädigen. Diese Sonden sind jedoch für die strahlungsreiche Umgebung des Weltraums ausgelegt.

In den meisten RTG wird Plutoniumdioxid-Brennstoff in seiner hitzebeständigen, keramischen Form verwendet, die die Wahrscheinlichkeit des Verdampfens im Feuer verringert. Dieser Brennstoff in Keramikform ist außerdem sehr unlöslich und hat eine geringe chemische Reaktivität.

Der Treibstoff ist auf viele kleine, unabhängige modulare Einheiten aufgeteilt, jede mit ihrem eigenen Hitzeschild und ihrer Prallhülle.

Normalerweise haben die meisten RTGs mehrere Schichten aus Schutzmaterialien, die aus Iridiumkapseln und hochfesten Graphitblöcken bestehen. Iridium ist ein Metall, das einen sehr hohen Schmelzpunkt hat und stark, korrosionsbeständig und chemisch kompatibel mit Plutoniumdioxid ist. Diese Eigenschaften machen Iridium zum Schutz und zur Aufnahme jedes Brennstoffpellets nützlich. Graphit wird verwendet, weil es leicht und sehr hitzebeständig ist.

Der größte Teil der Strahlung wird von diesen Materialien absorbiert, aber dennoch können einige radioaktive Strahlen entweichen (sehr, sehr kleine Mengen).