Плутоний-238 накапливался как побочный продукт при получении расщепляющихся материалов для ядерного оружия, а также при переработке ядерного топлива от АЭС. В 1988 году эти программы в США закрылись, пояснил советник директора НИЦ «Курчатовский институт» Николай Кухаркин:
«Американцы были вынуждены закупать его у России. Сейчас у них меняется подход к переработке. Они понимают, что рано ли поздно всё равно надо его перерабатывать, чтобы замыкать ядерный топливный цикл. Уже начались мероприятия в рамках отказа от запрета».
Одной из причин пересмотра «плутониевой политики» в США стало то, что и российские запасы не бесконечны. 3 года назад Россия перестала поставлять изотоп американцам. Но запуск беспилотных аппаратов с плутонием по-прежнему входит в планы НАСА.
На 2020-е годы намечена и российская миссия к окрестностям Юпитера с посадкой на его спутник Ганимед. Без изотопа не обойтись. Как выходить из положения? Рассказывает научный консультант президента Ракетно-космической корпорации «Энергия» (РКК «Энергия») Виктор Синявский:
«Действует много атомных станций. При их работе образуется большое количество разных изотопов, в том числе и Плутония-238. Весь вопрос в том, что надо выделить этот элемент из отработанного топлива, он сильно активный. То есть это и опасное производство, и дорогое. Отработанного топлива, как бы “руды” для изотопа, достаточно. Не вижу дефицита этого вещества для радиоизотопных генераторов в будущем. Надо только организовать более полное производство».
В отработанном топливе с АЭС нужного 238-го изотопа до 2 процентов. Отделить его от других сложно. Из топлива проще извлечь Нептуний-237 и поместить на месяц в реактор для облучения нейтронами. После синтеза получится плутоний-238. Таким путём пошли в Национальной лаборатории Оук-Ридж в штате Теннесси, где на днях произвели малое количество этого вещества.
Ежегодно там будет выпускаться полтора килограмма изотопа, что покроет текущие нужды НАСА. Более того, оказалось, что 1 кг «свежего» плутония может оживить 2 кг «залежалого», если их смешать. Такого старого изотопа у американцев осталось 16,8 кг, и он уже не способен хорошо работать в термобатареях.
Плутоний-238 обычно запрессовывают в керамические цилиндры, которые из-за его альфа-распада постоянно раскалены докрасна. С годами их температура понижается.
Когда России понадобится изотоп под конкретный спутник, то несомненно, что необходимое его количество будет изготовлено. Каким способом – не так важно. В любом случае темпы космических исследований из-за дефицита плутония не снизятся, говорят эксперты. Они также надеются на внедрение более совершенных источников питания спутников, которым будет нужно меньше изотопа.
Прототип термобатареи, основанной на эффекте Стирлинга (Advanced Stirling Radioisotope Generator), уже разработан. Её КПД в 4 раза выше КПД обычных термобатарей, установленных на марсоходе «Кьюриосити» и аппарате «Кассини», находящемся на орбите вокруг Сатурна.