In der großartigen Antwort von @TomSpliker wird erwähnt, dass die ESA möglicherweise die Herstellung von thermoelektrischen Generatoren (RTGs) mit Radioisotopen (angetrieben) auf der Grundlage des Radioisotops Americium-241 in Betracht zieht. 241Am ist ein „freundlicheres und sanfteres“ Isotop als 238Pu, da es aus der Wiederaufbereitung von Atommüll aus der Stromerzeugung stammt und nicht in einem speziellen Reaktor „auf Bestellung“ hergestellt werden muss.
Aber es zerfällt fünfmal langsamer, mit einer Halbwertszeit von ~432 Jahren gegenüber ~88 Jahren für 238Pu, und der Alpha-Zerfall wird von einer gewissen Emission von Röntgenstrahlen begleitet. Auch die zusätzliche Radioaktivität der Zerfallsprodukte, die bei beiden mit der Zeit zunimmt, ist unterschiedlich.
Angenommen, ich hätte ein Raumschiff oder einen Rover, der 100 W elektrische Leistung benötigt, und aufgrund von Unsicherheiten, die ich die Mission so entwerfen musste, dass sie entweder 238Pu- oder 241Am-basierte RTGs zulässt, müsste ich alle Aspekte vergleichen, einschließlich Masse, zusätzliche Strahlung der Zerfallsprodukte, Missionslebensdauer (sagen wir, EOM ist 80% der Anfangsleistung) und Größe.
Wie würden sich die beiden dann vergleichen?
Aus diesem Papier (Hervorhebung von mir):
Die spezifische Leistung eines mit 241Am betriebenen RTG kann nicht mit der eines 238Pu-Systems mithalten (außer vielleicht bei kleinen Ausgangsleistungen); Die durchgeführten Konstruktionsarbeiten schaffen jedoch Vertrauen in die potenzielle Leistungsfähigkeit und Leistung von 241Am-Systemen für zukünftige Weltraummissionen. Mittelgroße RTGs im Bereich von 10 W bis 50 W sollen voraussichtlich eine spezifische elektrische Gesamtleistung von etwa ~1,5 W/kg erreichen .
Zum Vergleich: Das GPHS-RTG Plutonium-238-basierte RTG, das in verschiedenen Weltraummissionen (Cassini, Ulysses, New Horizons) verwendet wird, ist in der Lage, etwa 5 W /kg zu erzeugen
Diese Zahlen umfassen die Masse von Kühlerrippen und anderen Strukturteilen sowie die Masse des Isotops selbst.
Der primäre Zerfallsmodus von Am-241 ist der α-Zerfall, wodurch es aufgrund seiner geringen Penetration und hohen Energie pro Zerfall gut für den Einsatz in RTGs geeignet ist.
Erwähnenswert ist auch, dass RTGs typischerweise einen unglaublich niedrigen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie haben – etwa 5 %. Das bedeutet, dass kleine Änderungen im Wirkungsgrad einen großen Einfluss auf das Masse-/Leistungsverhältnis des Geräts haben können.
Verwendung der Gleichung für die Halbwertszeit:
Wir können zeigen, dass Americium-241 nach ~140 Jahren immer noch 80 % der ursprünglichen Leistung produzieren wird – genug für alle Missionspläne, die wir derzeit haben. Vergleichen Sie dies mit 80% bei ~29 Jahren für Pu-238, das kürzer ist als einige laufende Missionen .
Der primäre Zerfallsweg führt zu Neptunium-237 in der Neptunium-Reihe . Np-237 hat auch einen primären α-Zerfallsmodus, aber mit einer Halbwertszeit von ~2,14 Millionen Jahren ist sein Beitrag zur Energieabgabe minimal.
In Bezug auf Sekundärstrahlung hat Americium-241 ein sehr schwaches Gamma-Nebenprodukt. Tatsächlich wird es als sicher genug angesehen, um in vielen Haushaltsrauchmeldern verwendet zu werden, daher glaube ich, dass es nicht viele Bedenken wegen Sekundärstrahlungsprodukten geben würde.
äh
Jack
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Uwe
Jack
Lirtosiast