Unter dieser Antwort auf Gibt es sicher zu startende Alternativen zu RTGs für die Erforschung des äußeren Sonnensystems? Ich habe den Kommentar gesehen :
... die Voyager RTG-Kerne geben immer noch viel Wärme ab. Das Problem ist, dass die thermoelektrischen Wandler, die diese Wärme in Strom umwandeln, abgenutzt sind.
Die Zerfallsrate des Isotops ist physikalisch festgelegt, 238 Pu hat eine Halbwertszeit von 87,7 Jahren , was eine 1/e-Lebensdauer von etwa 119,1 Jahren oder einen jährlichen Zerfall von etwa 0,8 % bedeutet. (Umschlag-Rückseite, die meine Mathematik überprüft; (1-0,008) 87,7 ist in der Tat ungefähr 0,5)
Verlieren die Thermoelemente auf den älteren RTGs (circa Voyagers) tatsächlich schneller an Effizienz als das 238 Pu selbst verliert? Ist es die Hitze oder die Strahlung, die sie erwischt? Sind moderne RTG-Thermoelemente langlebiger?
Herum surfen,
Dieser Blogpost behandelt das für Voyager entwickelte Multi-Hundred Watt RTG (MHW-RTG) :
SiGe-Thermoelemente wurden mit Bor und Phosphor dotiert. Die Hauptursache für das Versagen bei ihnen war, dass Germanium im Laufe der Zeit aus der Lösung wanderte, aber in welchem Ausmaß dies während der Lebensdauer der Missionen auftrat, ist unklar. Um Sublimation und Degradation zu verhindern, wurden die Thermoelemente mit Siliziumnitrid beschichtet, wodurch das Xenon-Deckgas, das in früheren Thermoelementen auf SiGe-Basis verwendet wurde, überflüssig wurde.
Die Leistungsumwandlungseffizienz der Thermoelemente betrug zu Beginn der Lebensdauer 6,5 % und sank am Ende der Lebensdauer auf 5,9 % (14 Jahre, was das Voyager-Raumschiff mehr als verdoppelt hat). Ich kann keine Informationen über die aktuelle Umwandlungseffizienz dieser Systeme finden.
Das NASA Radioisotope Power System Program Office 2015 Booklet Radioisotope Power Systems Reference Book for Mission Designers and Planners sagt (einer von mehreren Links in der vorherigen Referenz)
Die Leistung des Thermoelements kann sich im Laufe der Zeit aufgrund von Ausfällungen von Dotierstoffen im Material, Sublimation des Thermoelementmaterials oder Änderungen der Wärmeleitfähigkeit von ungekoppelten Legierungen verschlechtern. Die Verschlechterung der Ausgangsleistung aufgrund von Thermoelementverschlechterung beträgt ~0,8 % pro Jahr, abhängig vom Material und den Betriebsbedingungen. Der radioaktive Zerfall des Pu-238 verursacht einen zusätzlichen Abbau von ~0,8 % pro Jahr.
Nachdem die erste Frage bereits beantwortet wurde, dass die Verschlechterung der Thermoelemente ungefähr der des Kraftstoffs entspricht (zumindest für RTGs, die mit 238 Pu betrieben werden), bin ich mir ziemlich sicher, was ich gerade auf Wikipedia zu diesem Thema gelesen habe in der Lage sein, einen Einblick zu geben, was nicht zu diesem Abbau beiträgt, und das ist die Strahlung des Radioisotops (auf die sich die Frage vermutlich hauptsächlich bezieht) selbst; Ich habe jedoch keine Ahnung, welche Auswirkungen die kosmische Strahlung auf den Abbauprozess haben könnte.
238 Pu produziert im Grunde ausschließlich α-Zerfall, der wirklich leicht abzuschirmen ist. Daher sind keine besonderen Abschirmmaßnahmen auf dem Behälter erforderlich, in den Sie das Radioisotop geben würden, und Sie möchten wahrscheinlich sowieso einen sehr dichten und starren Behälter verwenden, da die Startsicherheit ziemlich weit oben auf Ihrer Prioritätenliste steht.
Im Hinblick darauf, dass moderne Thermoelemente weniger anfällig für Degradation sind, wäre ich schockiert, wenn sie es nach über 40 Jahren technischer Weiterentwicklung nicht zumindest theoretisch wären. Ich gehe jedoch davon aus, dass echte Erfahrungen im interplanetaren Weltraum mit diesen neuen Designs nicht existieren, daher wären Vorhersagen, wie sie sich nach Jahrzehnten radharter Bombardierung dort draußen verhalten werden, ziemlich viel Vermutung.
Karl Witthöft
Karl Witthöft
Russell Borogove
Chris H
Jon Kuster