Atoombatterij voor marsverkenner
Zie het KernVisie nieuwsbericht met de titel: “Marsverkenner rijdt op atoombatterij bericht Belgisch Nucleair Forum” van 30 maart 2021 door op de titel te klikken.
Op 18 februari 2021 maakte de marsverkenner Perseverance na een ruimtereis van bijna zeven maanden een zachte landing aan een parachute op Mars. De verkenner heeft de grootte en het gewicht van een kleine personenauto. In de verkenner zit een kleine helikopter, die zijn vermogen krijgt van een gewone batterij. Zonnecellen laden deze batterij op. De wagen heeft al gereden en de helikopter zal in april vliegen.
Een atoombatterij met plutonium-238 (Pu-238) levert het vermogen voor de aandrijving van de wagen en de apparatuur. In vakjargon heet zo’n atoombatterij een thermo-elektrische radio-isotopen generator ofwel RTG. Pu-238 is een alfastraler en bij het verval komt veel warmte vrij. Het plutonium verhit de warme plaats. Er is ook een koude plaats. Tussen die twee plaatsen zit een thermo-elektrisch element, dat de warmte omzet in elektrisch vermogen. De werking is gebaseerd op de eigenschap, dat de contactpotentiaal van een contact tussen twee geleiders afhankelijk is van de temperatuur. Het potentiaalverschil, de elektrische spanning, levert het vermogen. Vanwege de halfwaardetijd van 87,75 jaar van het Pu-238 gaat zo’n atoombatterij heel lang mee. Datzelfde Pu-238 is de lastige warmteproducerende isotoop in plutoniumhoudende splijtstof en het is heel lastig om deze isotoop te scheiden van alle andere plutoniumisotopen.
De productie van Pu-238 vindt ook plaats in gewone kernreactoren, die op verrijkt uranium draaien. De neutronenbestraling van uranium-235 (U-235) leidt niet alleen tot splijting, maar ook tot de vorming van uranium-236 en tot uranium-237, dat vervolgens vervalt naar neptunium-237 (Np-237). Door neutronenbestraling van deze laatste isotoop ontstaat neptunium-238, dat vervalt naar Pu-238. Het Np-237 is uit uitgeputte splijtstofelementen af te scheiden, waarna een onderzoekreactor het omzet in Pu-238.
Atoombatterijen bestaan al ruim zestig jaar. Tot in de jaren zeventig zijn ze toegepast in pacemakers. Ze zijn ook al vaak de ruimte ingeschoten. Onder andere in de Voyager I en II, die in 1977 zijn gelanceerd. Inmiddels heeft Voyager II ons zonnestelsel verlaten. Hij beweegt nu door de interstellaire ruimte en hij stuurt nog steeds meetgegevens naar de aarde.
De atmosfeer op Mars bestaat voor 96% uit CO2. Haar dichtheid is ongeveer 1% van die van onze dampkring. De vraag is of er winbare hoeveelheden water op Mars zijn te vinden. Daarnaar gaat de verkenner onderzoek doen. Met zijn landingsplaats in de buurt van de krater Jezero is daarmee rekening gehouden, omdat in die krater miljarden jaren geleden een meer was. Voorts doet de verkenner onderzoek naar de geologie en of er ooit leven is geweest op Mars.
Water is van groot belang voor toekomstige bemande missies. De gedachte is om met een kernreactor en elektrolyse het water te splitsen en daarmee de brandstof te produceren voor de terugreis.
Mooie foto’s en meer informatie over de Perseverance staan op de website van NASA. Zie:
https://mars.nasa.gov/mars2020/
