Идея использовать тепло, например, от костра, для выработки электроэнергии оказалась очень удачной. Историю появления термогенераторов, в основе работы которых лежит эффект Зеебека, мы разбирали прошлой статье.
После открытия реакции ядерного деления стало возможным создавать источники тепла, работающие на протяжении многих лет. Разумеется, что возможность применить в качестве источника тепла такой элемент и создать электрогенератор, способный работать длительное время, многим показалась весьма перспективной.
Основные преимущества и недостатки источников на ядерной энергии
Следует отметить, что после Великой Отечественной войны, учёные ведущих мировых держав сосредоточили свои усилия как на разработке атомного оружия, так и на освоении «мирного атома». Причём при освоении последнего, приоритет отдавался разработке атомных реакторов, как наиболее перспективного направления.
Активные работы по созданию установок, где источником тепла служил радиоизотопный элемент, а термоэлектрический преобразователь использовал бы его для выработки электрического тока, начались только после второй половины прошлого века. Импульсом к разработке таких радиоизотопных (ядерных) термоэлектрических генераторов (РИТЭГ) послужила космическая гонка.
Оказалось, что РИТЭГ, обладают серьёзным преимуществом перед атомными реакторами. Для их работы не требуется сложных систем защиты, управления и обслуживания. Раз нет таких систем, значит, и конструкция устройства будет намного проще, надёжнее и эффективнее. К тому же в космическом пространстве нет проблем с охлаждением.
Здесь нужно отметить, что в отличие от реакторов, где постоянно происходят ядерные реакции, в РИТЭГ используется естественный распад изотопов радиоактивных элементов. После того как топливо будет загружено, управлять РИТЭГ будет нельзя. То есть, он будет постепенно снижать свою мощность со временем.
Разработки радиоизотопного генератора в США
Первый РИТЭГ был разработан в 1954 году американскими учёными Кеном Джорданом и Джоном Бирденом, работавшими на Mound Laboratories.
Эта лаборатория, построенная в 1948 году в рамках знаменитого Манхэттенского проекта, относилась к Министерству энергетики США. Производимые РИТЭГИ получили название SNAP, что на русский язык можно перевести как «Системы для ядерной вспомогательной энергии». При этом их нумерация была нечётной. В свою очередь, с чётными номерами, американской военной промышленностью выпускались компактные ядерные реакторы.
Применение радиоизотопных источников электроэнергии
Разумеется, что впервые стали применять РИТЭГ американские военные. В 1961 году, источниками энергии SNAP 3B были оснащены военные спутники Transit 4А и Transit 4В.
Топливом служил плутоний-238, масса которого в каждом генераторе составляла 96 грамм. Мощность, выдаваемая РИТЭГ, составляла всего 2,5 Вт электроэнергии.
Следующей моделью генератора стал SNAP -7. Он уже предназначался для использования на Земле в качестве источников питания для маяков и буёв на море. Аппараты отличались большим весом, составлявшим от 580 до 2720 кг в зависимости от модели. Топливом для них служил полоний - 90 в количестве 4 кг. В 1960-х годах было изготовлено 6 экземпляров РИТЭГ, получивших наименование от SNAP - 7А до SNAP - 7F.
Более совершенные РИТЭГ SNAP -19 устанавливались на космические аппараты — Викинг, Пионер 10 и Пионер 11. В качестве топлива в них использовался плутоний - 238.
В дальнейшем SNAP использовались для обеспечения энергией различных космических аппаратов, запущенных США. Например, Вояджер - 1, Вояджер - 2, запущенные в 1977 году и уже покинувшие пределы Солнечной системы, всё ещё обмениваются радиосигналами с Землёй.
На сегодня они являются самыми удалёнными от нас объектами, созданными человеком. Предполагается, что запасы энергии в РИТЭГах, должны быть исчерпаны в 2025 году.
Для обеспечения теплом и электроэнергией в них были применены мощные MHW — RTG. Источником энергии в них служили 4,5 кг плутония - 238, выдававшими 2,4 кВт тепловой мощности и 160 Вт электрической мощности.
Однако, самым мощным из семейства РИТЭГ считается GPHS-RTG. В нём также применяется плутоний - 238, но его масса составляет внушительные 7,8 кг. Это позволяет обеспечивать выдачу 4,4 кВт тепловой мощности, и 300 Вт мощности электрической.
Данные генераторы были установлены на космических аппаратах «Улисс», «Кассини», а также на «Новые горизонты». Последний, кстати, единственный космический аппарат, который исследовал Плутон и его спутники и уже покинувший пределы Солнечной системы.
Также радиоизотопные генераторы были установлены на роботизированном космическом зонде MSL (Марсианская космическая лаборатория). Целью запуска данной лаборатории была доставка на планету Марс ровера Curiosity (Любопытство) в 2012 году.
В установленном в марсоходе РИТЭГ в качестве топлива используется плутоний - 238 в количестве 4 кг. Он выдаёт 100 Вт электрической и 2 кВт тепловой мощности.
Кроме автоматических беспилотных космических аппаратов, РИТЭГ применялись в пилотируемых миссиях. Экипажи кораблей миссий Апполон начиная с 12 и заканчивая 17 применяли их для проведения различных экспериментов.
Заключение
Благодаря простоте конструкции, надежности и отсутствию необходимости обслуживания РИТЭГ стали одним из самых распространённых источников энергии для различных космических аппаратов.
Однако, внимательный читатель обязательно задаст такой вопрос — «А как же наша страна? Ведь Советский союз также разрабатывал и применял РИТЭГ?». Разумеется. Но данная тема заслуживает отдельной статьи, также как и вопрос безопасности РИТЭГ.
Подписывайтесь на канал СамЭлектрик, обещаю много интересного!
Статьи по теме:
------------------------------------
Статья заинтересовала? Лайк, подписка, комментарий!
Подписывайтесь на Дзен СамЭлектрик.ру и заходите на блог www.SamElectric.ru !
Внимание! Автор не гарантирует, что всё написанное на этой странице - истина. За ваши действия и за вашу безопасность ответственны только вы!
#генераторы #источникипитания #альтернативнаяэнергетика
