Nelle sonde interplanetarie batte un cuore caldo al plutonio 238

Nuovo articolo di Gianmarco Vespia pubblicato su AstronautiNEWS.it

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Segnalo solo una possibile inesattezza sulla didascalia della foto che rappresenterebbe un RTG di Cassini nel 1977. Forse va corretto l’anno…

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@Vespiacic ho trovato davvero interessante questo articolo, non avevo tempo di leggerlo ma dopo aver sbirciato il titolo e 2 righe non riuscivo a smettere di leggere. Grazie @Vespiacic, Molto interessante!!!

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Complimenti per l’articolo: completo e chiaro!

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Che occhio per i dettagli… :slight_smile:
In redazione hanno sistemato, grazie per la segnalazione.

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Una domanda che mi è sorta spontanea leggendo questo articolo (molto interessante, complimenti all’autore!): ma quanto viene a costare al Kg???

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Mica è semplice rispondere, non è come il petrolio che c’è una domanda e un’offerta, qui si tratta solo di un passaggio di un prodotto tra un’agenzia federale e l’altra.

Inoltre, prima di iniziare la produzione, bisogna raffinare le scorie nucleari, è un costo da inserire in bilancio? Anche senza produzione di plutonio 238 il trattamento delle scorie andava fatto comunque.

Se proprio vuoi una stima a spanne puoi considerare tra i 5 e i 50 milioni di dollari al chilo, più o meno tratto dalle voci di budget delle agenzie federali, ma la stima è molto grossolana.

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Il costo di un bene dipende da una marea di fattori anche in presenza di un mercato, che presuppone qualcuno che produce e vende un bene per guadagnarci. La sola fissazione del prezzo decisa da tale produttore e’ un processo complesso che dipende da scelte anche arbitrarie: cerco di massimizzare il guadagno in base alla domanda che c’e’ in questo momento (approfittando di essere monopolista) o mi baso sul costo di produzione o addirittura lavoro in perdita per cercare di far crescere il mercato sul lungo termine e prevenire l’apparizione di possibili concorrenti?

Inoltre quando un bene e’ un sottoprodotto di un processo che comunque faccio, come potrebbe essere il caso dell’Americio 241, il costo marginale in teoria e’ relativamente basso, soprattutto quando le centrali atomiche che lo producono sono di proprieta’ pubblica o giu’ di li.

Curioso comunque che l’ESA e l’Europa che da un lato esitano a usare gli RTG, dall’altro stanno studiando di usare l’Americio che produce radiazioni molto piu’ penetranti. Certo che con un tempo di dimezzamento di piu’ di 400 anni sembra adatto per missioni difficili da concepire… D’altronde in Europa si costruiscono tradizionalmente edifici destinati a durare secoli, in un certo senso sarebbe qualcosa di simile.

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Pensa che era allo studio di usare al posto del 238Pu il Polonio 210 (Litvinenko vi dice niente?) che da un punto di vista della produzione di particelle α è capace di generare circa 250 volte i decadimenti (e di conseguenza 250 volte calore ed energia) rispetto al plutonio. Peccato che il tempo di dimezzamento del 210Po sia di soli 140 giorni, e quindi inutile per le sonde spaziali.
Sulla Wiki inglese c’è una tabellina molto utile per capire le differenze tra i vari isotopi utilizzabili e di conseguenza perché fino ad adesso si è utilizzato il 238Pu.

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Per determinati tipi di missioni e’ pensabile anche utilizzare RTG a bassissima potenza.

Ad esempio quando devo fare solo un flyby che dura relativamente poco, posso accendere gli strumenti e trasmettere dati solo per i tempo necessario, utilizzando l’RTG fondamentalmente per tenere cariche/ricaricare la batterie durante le lunghe fasi di navigazione. Anche se sono pochi watt, si puo’ farli bastare, l’importante e’ arrivare all’obbiettivo dopo molti anni dal lancio con le batterie cariche e, in certi casi, avere quel minimo di calore per non far congelare i componenti piu’ sensibili al freddo estremo. Come da titolo i radioisotopi spesso servono anche per il calore, non solo per l’elettricita’.

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Se non mi sbaglio fu Alan Bean che dichiarò che durante l’EVA nella quale installarono l’ALSEP durante Apollo 12 si meravigliò di quanto calore emanasse mentre lo stava trasportando, al punto dal sentirlo oltre i guantoni della tuta EVA.

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Del resto gli RTG finora utilizzati usano l’effetto termoelettrico che ha un’efficienza tra il 3 e il 7% (stando a Wikipedia), questo significa che dissipano calore pari spannometricamente a 20 volte la potenza elettrica prodotta.

Una curiosita’, che spero non annoi quelli che lo sanno gia’. Se fosse possibile utilizzare una macchina termodinamica per convertire il calore in lavoro nello spazio profondo la massima efficienza teorica potrebbe essere molto ma molto superiore che sulla Terra.

La formuletta dell’efficienza del ciclo di Carnot che rappresenta la massima efficienza termodinamica teorica, infatti, dipende dalla temperatura della sorgente fredda.

Efficienza = (T1-T2)/T1

Nello spazio profondo in teoria e’ possibile avere una sorgente fredda molto vicino allo zero assoluto, quindi una efficienza teorica massima che si avvicina al 100%. Ovviamente nello spazio la temperatura effettiva utilizzabile dipende da quanto sono grandi e quanto irraggiano i radiatori, oltre che da quanto la macchina termica si avvicina alla massima efficienza teorica.

La situazione migliore del sistema solare per una motore termico in teoria e’ sulla superficie di Titano dove sono disponibili una grande quantita’ di fluidi a temperatura bassissima (laghi di liquidi e una atmosfera con densita’ superiore a quella terrestre) fornirebbero una sorgente fredda molto densa utilizzabile per conduzione in scambiatori di calore che vanno molto meglio dei radiatori. Quindi un ipotetico RTG con motore stirling andrebbe come una bomba su Titano. Almeno in teoria :slight_smile:

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Esatto Vittorio, Bean dovette lottare parecchio con per estrarre il guscio contenente il plutonio dalla Scientific Equipment Bay del LM, e quindi ebbe l’occasione di sentire tutto quel calore sulle proprie mani.

Un RTG che va come una bomba non è esattamente rassicurante…:smile:

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