Radyoizotop Termoelektrik Jeneratörü (RTG)

New Horizons (Yeni Ufuklar) Uzay Aracı'nın RTG modülü. Telif: NASA/JPL

NASA, Satürn’e Cassini sondasını göndereceği zaman Güneş enerjisini alternatif bir kaynak olarak düşünmüştü.

Ancak 1997 teknolojisinin Güneş panellerinin, Satürn yörüngesinde yeteri kadar güç sağlaması için Cassini’yi 1.3 ton ağırlığında panellerle donatmak gerektiği anlaşılmıştı. Cassini’nin üst aşama ağırlığı 7.2 tona çıkarak, sondayı fırlatacak Titan-IV Centaur roketinin maksimum yük kapasitesi olan 6.2 tonu aşmış ve fırlatılmasını imkansız hale getirmişti.

Yakın zamana kadar, Cassini ile her gün Satürn sisteminin yeni bir sırrını öğrenmiş isek, bunu araca yerleştirilen plütonyum ile çalışan radyoizotop termoelektrik jeneratörlerine (RTG) borçluyuz (Cassini uzay aracı, maalesef ömrünü doldurduğu için yakın zaman önce Satürn’e düşürülerek görevine son verildi).

Uzayda nükleer enerji kullanımı, uzay çalışmalarının ufkunu genişletmiş ve Güneş panellerinin verimsiz kaldığı durumlarda dahi uzun süreler görev yapılmasını mümkün hale getirmiştir. Örneğin1977’de gezenimizden fırlatılarak görevine başlayan  Voyager-1, sahip olduğu RTG güç kaynağının kalbindeki plütonyum 238 sayesinde 2025’e kadar işler kalabilecektir.

RTG
Cassini Uzay Aracının RTG jeneratörü, fırlatma öncesi radyasyon sızdırma kontrollerinden geçirilirken.

 

2015 yılında cüce gezegen Plüton’un yanından geçen olan New Horizons’un ise en az 2030’a kadar çalışmaya devam edebileceği hesaplanıyor. Nükleer enerji olmasaydı, bu derin uzay görevleri tamamen imkansız kalacaktı. (Bu arada, makalemizin kapak fotoğrafı olan en üstteki görsel, New Horizons (Yeni Ufuklar) uzay aracının RTG jeneratörüdür.)

Güneş enerjisi, Dünya yörüngesi (1 AU, yani 1 AB “astronomik birim”. Dünya ve Güneş arasındaki 150 milyon km’lik uzaklık) ve diğer iç gezegenler için oldukça verimli olsa da, Jüpiter yörüngesi (5.2 AU) civarında verimliliği oldukça düşmektedir. Satürn yörüngesi (10 AU) civarında ise Dünya yörüngesindekinin sadece 1%’i miktarda enerji elde edilebilmektedir.

Bu uzaklıkta ve ötesine sonda gönderimi için nükleer enerji çok daha verimliyken, gelecekte bu gezegenlere yapılacak insanlı görevler için zorunlu olacaktır.

Radyoizotop Termoelektrik Jeneratörü (RTG / Radioisotope Thermoelectric Generator)

1950’de Amerikada Dr.Bertam C. Blanke önderliğinde geliştirilen RTG’ler Güneş sisteminin sırlarını keşfetmemizi sağlayan en büyük yardımcı teknolojilerden biridir. Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2, Galileo, Ulysses, Cassini, New Horizons ve Mars’a gönderilen Viking 1, Viking 2, MSL Curiosity araçları güçlerini RTG güç kaynaklarından alır.

Oldukça sağlam ve bulundurdukları yakıtı yüzlerce yıl boyunca muhafaza edecek şekilde tasarlanan RTG’lerin çalışma prensipleri nükleer teknolojiler göz önüne alındığında çok basittir. Ana bölmeye uzun yarı-ömrü ve yüksek enerji salınımı olan Plütonyum-238 (87.7 yıl) benzeri bir yakıt yerleştirilir.

Yakıtın yarı-ömrünün yüksek olması, sahip olduğu kütleye kıyasla yüksek enerji elde etmesi ve yaydığı radyasyon türünün kolaylıkla soğurulup kalkanlanabilen alfa ve beta parçacıklarından oluşması esas alınır. Böylelikle bölme içindeki yakıt hem dışarı radyasyon saçmaz, hem de uzun yıllar enerji üretebilir. Bu bölmenin iki tarafında bulunan “thermocouple” (ısıl-çift / ısı pili) aygıtları, nükleer yakıtın bozunumu sonucu ortaya çıkan ısıdan elektrik üretirler.

High_performance_Thermoelectric_generator
Elektronik ile ilgilenen herkesin yakından tanıdığı basit bir thermocouple (termoelektrik jeneratör veya ısıl çift olarak da bilinir). Bu devre elemanı, ısı enerjisini elektrik enerjisine dönüştürür. Oldukça ucuz (150 tl civarı) olan bu basit devre elemanı ile, ısı olan her yerde basitçe elektrik üretebilirsiniz.

 

Böylelikle Pulütonyum 238 kullanan bir RTG her yıl 0.5%-0.78% arası bir güç kaybı ile onlarca yıl güç sağlayabilir. Fırlatılışlarından yaklaşık 40 yıl sonra Voyager sondaları bu sayede temel enstrümanlarını çalışır tutarak bize hala veri göndermeye devam etmektedirler.

Apollo 12’den 17’ye kadar Ay görevlerinde de RTG’ler kullanılmıştır ve kaza geçiren Apollo 13 hariç, bütün jeneratörler Ay yüzeyinde bırakılmıştır.

Apollo 13’ün ay modülündeki jeneratör ise Ay modülü ayrılmadığı ve modül mürettebatın hayatta kalması için hayati önem taşıdığından Dünya’ya kadar getirilmiş ve herhangi bir kazayı önlemek amacıyla Pasifik okyanusunda 6.1 kilometre derinlikteki Tonga çukuruna düşürülmüştür. RTG jeneratörü Dünya’ya girişi kazasız atlatmış ve sızıntıya sebep olmadan çukurun derinliklerine gömülmüştür. Aygıt, yakıtı 870 yıl boyunca güvenle muhafaza edecek şekilde tasarlandığından ve bu süre zarfında radyoaktivitesi azalacağından dolayı herhangi bir riski de yoktur.

Bu RTG’leri taşıyan araçlarla ilgili şimdiye kadar 5 kaza yaşanmıştır. Bunların iki tanesinde, Apollo 13 ve bir meteoroloji uydusunda herhangi bir sızıntı gerçekleşmemiş olmasına rağmen; geri kalan iki Rus ve bir Amerikan uydusu fırlatılırken infilak etmiş ve geniş alanlarda düşük seviyede radyasyon saçan yakıt parçacıkları salmışlardır.

Pu-238-USEnergyDepartment

RTG’lerde kullanılan Plütonyum-238 böyle verimli olmasına rağmen oldukça pahalıdır ve üretimi zordur. Bizzat nükleer reaktörlerde üretilir. Amerika’da üretimi 1988’de durmuştur ve 1993’den beri Rusya’dan ithal edilmektedir. Ancak son yıllarda Rusya’nın da stokları azalmıştır. Şu anda NASA’nın sivil görevlere ayrılan stokları 2020’de Marsa gidecek yeni bir yüzey aracı ve 2024’te fırlatılacak ayrı bir görev için yetecek kadardır. Bu sebeple NASA önümüzdeki yıllarda daha fazla yakıt üretmek için eski reaktörleri açmayı planlıyor.

RTG’ler tarafından üretilen ısı, bir yakıtı ısıtıp hızlandırarak itki elde etmekte de kullanılabilir. Bu fikir üzerinde yapılan çalışmalar “Geleceğin İtki Sistemleri” yazı dizimizde anlattığımız Rover projesi ve nükleer termal roketlere esin kaynağı olmuştur.

Berkan Alptekin

Not: Bu makalemizi ve daha fazlasını koruyarak kaybolmasının önüne geçip, yaşadığımız kaza sonrasında yeniden sitemize eklememize katkıda bulunan Çetin Bal‘a teşekkür ederiz. 

image_printPDF Kaydet & Yazdır

Yazar: Berkan Alptekin

Keşfet!

Wirtanen Kuyruklu Yıldızı Çıplak Gözle Görülebilecek Mi?

Son günlerde basında Wirtanen (46P/Wirtanen) Kuyruklu Yıldızı’nın 13-16 Aralık 2018 tarihleri arasında çıplak gözle dahi …