Наверняка, особенно если институт имеет какое-то отношение к разработке систем безопасности или к атомной тематике, то тогда использование такого плутоний-бериллиевого источника и будет "non-defense national security application".

Если материал используют в дограммовых количествах для источников в сканерах (не штучный товар, но и не массовый), то зачем его производить в килограммовых количествах ежегодно?

Безусловно, часть должна грузится на склад, на случай временного останова производства, хотя может быть другое простое экономическое объяснение - производить меньшим объёмом тупо затратнее...

Они его не производили уже много лет. Всё шло со складов и из закупленных объёмов 238Pu в России.
Восстановили они свои производство буквально только что. Ну как восстановили - 50 грамм.

Источники в лабораториях/институтах - это всё весьма разумно выглядит, но остаётся непонятным, почему такая бешеная секретность вокруг этого применения 238Pu?

На самом деле, если оставить в покое ЦРУ, то вопрос про 238Pu, конечно, интересный.

Можно посмотреть по отчётам GAO, там иногда бывает полезная информация.

У 238Pu абсолютно точно было военное применение в прошлом веке:
http://www.gao.gov/assets/120/118861.pdf - стр.4
http://www.gao.gov/assets/90/89282.pdf - стр.8, some defense projects.

Потом, правда, упоминание о военном применении исчезает, всё больше упор на космос.

А в этом докладе от 2007 года есть упоминание о том, где расположены запасы 238Pu:



То есть, всё-таки это не таможни или университеты - это нацлаборатории.
Причём основная часть его находится в Лос-Аламосе и Айдахо.
Возможно, это ложная подсказка, т.к. это могут быть именно космические запасы изотопа, а работы по штатовскому ГОЗу с плутонием идут именно в тех лабораториях с smaller amounts плутония-238.

Но тем не менее линия (в ORNL, если мне изменяет память) с серьезной производительностью была построена. И в НИИАР, если сумели продать 20 кг плутония потом. Значит в 60х/70х что-то в этом плутонии нужно было. Нейтронные alpha, n источники есть на чем делать, в конце концов можно облучить мишень и стаканным методом в универсальной горячей камере выделить несколько грамм Pu238. А тут явно какое-то применение было и закончилось с холодной войной.

И оно (закончившееся), скорее всего, именно военное - см. старые отчёты GAO, где прямо говорится о военной программе.

А вот то применение, которое есть сейчас по линии "national security", настойчиво называют "non-defense".

Я к тому, что применения в холодную войну и после неё, похоже, отличаются друг от друга. Как минимум, ведомственной принадлежностью.

В этой саязи интересно может быть, что плутоний-238 делает в Пантексе?

А на низкоорбитальные разведспутники разве не ставили? Это ведь не НАСА и не оборона?. Или после скандала с падением нашего Космоса на Канаду - договорились не ставить?
Чего-то подзабыл...

"Канадский" "Космос" - это реактор всё-таки, не РИТЭГ.

Был бы РИТЭГ, было бы не лучше, как минимум.
НЯп, он и поработать-то не успел...

Странно конечно, что плутоний-238 мог использоваться на заводе сборки/разборки боеприпасов.

Может в некоторых конструкциях боезарядов плутоний-238 мог использоваться в небольших количествах в качестве тепловыделяющего материала для термостатирующего узла чтобы пластичное ВВ в облицовке в модуле с детонационной разводкой не замерзло и потрескалось?

Ну или в качестве тех же нейтронных инициаторов 238Pu-Be ударного типа для снарядов ядерных, которые списали после распада СССР.

Пишут, что новый отечественный луноход будет с РИТЭГом.

Странно, что именно аккумуляторные батареи будут критическим звеном в луноходе. Получается, что РИТЭГ может питать только часы лунохода и обогревать пространство внутри корпуса. Странный какой-то РИТЭГ, толи совсем маломощный, толи скорее радиоизотопный термогенератор.
Вообще упоминание про максимальный год работы лунохода наводит на мысль, что РИТЭГ будет или на основе изотопа 144Ce (период полураспада 284 дня) или на основе более дешевого 210Po (период полураспада 138 дней).

Вопрос к уважаемой публике: является ли перспективным использование изотопов, распадающихся по сравнительно быстрой цепочке распадов?
К примеру, уран-232 распадается по следующей цепочке.

U-232 ->(α) Th-228 ->(α) Ra-224 ->(α) Rn-220 ->(α) Po-216 ->(α) Pb-212 ->(β-) Bi-212 ->(α) Tl-208 ->(β-) Pb-208

Период полураспада U-232 - 67 лет, тория-228 - 1,9 года, остальные изотопы имеют период от 1 минуты до 3 суток.
Иными словами, за время периода полураспада урана-232, почти все распавшиеся ядра претерпят 6 альфа-распадов, и энерговыход составит ~30 МэВ на ядро. Можно посчитать, что тепловая мощность составит в среднем 2,8 кВт на килограмм урана-232 против 0,5 кВт/кг у плутония-238. Значительно более высокая удельная мощность могла бы дать больше возможностей космическим аппаратам, на которые устанавливается такой источник энергии.

Есть у изотопа и свой недостаток: бета-распад таллия-208 дает гамма-излучение в 2,6 МэВ. Это представляет опасность для электроники и требует экранирования. С другой стороны, электроника на космическом аппарате и так должна быть устойчивой к радиации, поэтому сильно утяжелять конструкцию не потребуется.

И такие вопросы:
1. Существуют ли другие цепочки распадов, подобные вышеприведенной? То есть, Содержащие 4-6 альфа-распадов и имеющие общий период в годы или десятки лет? Мой поиск натолкнул меня еще на актиний-227, однако этот изотоп еще сложнее в получении, чем уран-232. Поэтому интересуюсь у экспертов, возможно что-то упустил.

2. Можно ли повысить КПД, используя другие способы извлечения энергии, помимо термоэлектрического? Например, используя положительно заряженные альфа-частицы для создания разности потенциалов?

А вы уверены, что церий-144 - хороший выбор? У него гамма-линия 133 кэв, с выходом в 11%, плюс еще куча, включая гамма-линии от дочернего празеодима, правда с меньшим выходом, но со значительно большими энергиями.

Там светить будет так, что никакая защита не спасет. В одном грамме - 2 кюри, без дочерних. Мощность дозы можно прикинуть, но сдается, что под сотню милизиверт в час.

вариантов нет.
так в вселенной (богом) сделано.
быстрый распад - много энергии и наоборот
длинна волны коррелирует с частотой.
сила центробежности вращения нашей планеты уравновешенна притяжением нашей звезды по имени Солнце.

Термоэмиссия, турбомашинное преобразование, моё любимое - термофотоэлектрическое (нагретая болванка светится через брегговский фильтр и зеркала на фотоэлектрику).

Предлагаю вам чуть больше вникать в суть задачи, прежде чем давать кажущийся очевидным, но бесполезный по сути ответ.
Периоды плутония-238 и урана-232 сопоставимы - 87 и 69 лет соответственно. Но уран-232 выдаст в 6 раз больше энергии за время периода полураспада, поскольку дочерние изотопы имеют короткие периоды.

Если справочники не врут, слой половинного ослабления урана-238 - всего 2 миллиметра. То есть, 2-сантиметровый слой обедненного урана ослабит излучение в 1000 раз. Округленно 1 зиверт в год.

Имеет смысл делать комбинированый источник: ядро - из светящегося опасного изотопа, и вокруг него - относительно безопасный тот же плутоний-238.

2см обедненного урана (в самом минимальном варианте это шарик диаметром 4см, даже так - полкило сразу) - это пассивная масса, которая легко сведет в минус выгоды более энергоемкого изотопа.

Если вы это мне отвечаете: то причем тут 238 уран? Грубо говоря: вы сравнили... эту самую, с пальцем...

А что уже появился экономически оправданный способ хотя бы граммовой в сутки наработки урана-232?
В тестах MSRE давал в самых худших случаях содержание урана-232 в наработанном уране-233 около 190-200 ppm.
Если посмотреть на процесс наработки урана-233 из тория в легководных реакторах, то даже для случая самого плохого ториевого сырья и малопригодного спектра облучения с длительным выжариванием тория содержание урана-232 в наработанном уране-233 обычно не превышало 250 ppm (т.е. всего 0.25% или 2.5 грамма/кг урана-233). Только при долгом прогоне репроцессированного урана-233 из ОЯТ в легководнике содержание урана-232 достигало 900 ppm (т.е. всего 0.9% или 9 грамм/кг урана-233).
По американским данным уран-233 выходил дороже плутония-239 где-то в 5 раз, по советским данным почти в 6 раз, по индийским - в 3.5-4 раза. Т.е. стоимость выделения урана-232 из нарабатываемого урана-233 будет просто космическая.

Практически только прогон торий-плутониевого МОХа в БНе может дать содержание урана-232 на уровне около 2000 ppm (т.е. 20 грамм/кг урана-233). Если же осуществить репроцессинг такого ОЯТ и прогнать этот уран еще пару раз в активной зоне то можно к величине содержания урана-232 на уровне около 5000 ppm (т.е. 50 грамм/кг урана-233) подобраться.

Но все равно по стоимости выделения уран-232 для РИТЭГов будет стоить космически даже по сравнению с высокодорогостоящим плутонием-238.

Если уран-233 нарабатывают из тория-232, его облучают тепловыми нейтронами с высоким сечением реакции (n, γ) и низким для (n,2n).
При облучении быстрыми нейтронами сечение (n,2n) резко растет, и основным продуктом реакции станет как раз-таки уран-232.
Таким образом, уран-232 будет примерно вдвое дороже 233-го. Дорого, конечно, но до калифорния далеко.

Что касается экономической целесообразности - зависит от того, для чего планируется использовать космические аппараты и как монетизировать результаты их работы. Но этот разговор не для данной темы, и не для данного форума, наверное.

Ну хорошо, поговорим про технику. Уран-232, только что рожденный - фонит слабо. Но Вам, чтобы его использовать, нужно отделить, сформировать и тд.
Через месяц, после выделения, от 1 грамма, на метре будет светить в 0,4 Р/час. Или на по современному 4 мЗв/час. Это на метре... На 10 см в 100 раз больше. А еще через месяц (ну вам же нужно его транспортировать, монтировать на КА и т.д.) - уже 0,8 Р/час. А через полгода от рождения - целых 2 Р/час. Через год - 4 Р/час и т.д. Это при том, что космическое (галактическое) излучение за год дает порядка 100-120 Рентген за год.
Про защиту от гаммв в 2,6 Мэв и 0, 583 Мэв - промолчим...
Вы это хотите использовать?

С чего вы взяли что БНе результатом облучения тория-232 будет уран-232 в качестве основного продукта?
Статьи по проблеме бридинга тория в БНах, которые читал, говорили, что при очень высоком уровне нейтронного потока в центре активной зоны чтобы подойти к предельному расчетному уровню накопления урана-232 около 8000 ppm (т.е. только 8%) в уране-233 нужно облучить регенерат ранее уже облученного тория-232 до выгорания на уровне 110 ГВт*сутки/тонну ТМ (это очень-очень приличное выгорание).

Т.е. два длительных прогона сотни килограммов тория-232 дадут наработку урана-233 около 10-12 кг в котором урана-232 максимум удастся набрать 800-950 граммов.

Кажется мне что получение плутония-238 хоть из нептуния, хоть из америция-241 гораздо проще чем альтернатива в виде наработки урана-232 в БНах.

Помимо гаммы, большую часть радиации составляет альфа-излучение, от которого легко защищает любая твердая материя... В любом случае понятно, что все манипуляции с изотопами будет осуществлять автоматика. Ну так и в активной зоне реактора, я надеюсь, живые люди не работают, поэтому соответствующая робототехника давным-давно есть.
Мы не то чтобы прям хотим-хотим это использовать, но возможность рассматриваем.

http://www.ias.ac.in/article/fulltext/pram/079/02/0249-0262 - вот из этой работы, например.
Ближе к концу пдф-ки там два графика. Видно, что на БН сечение реакции (n,2n) на порядок выше, чем у присоединения нейтрона. То есть, образуется торий-231, из которого двумя бета-распадами и присоединением нейтрона образуется уран-232.

Так ведь уран-232 предлагается не ради погони за удешевлением, а ради в 6 раз большей удельной мощности. Что в свою очередь позволит улучшить динамические характеристики и другие возможности будущих КА.
Так-то логично, что более "крутое" топливо сложнее в получении. Природа не дает халявы...

Если нужна удельная мощность, и плевать на излучение и стоимость, то путь очевиден: не уран-232, а уран-235.

Мощность - ничем не ограничена. И регулируется.
А запас энергии - почти 200МэВ на ядро.

Удельная мощность топлива - конечно да, но посчитайте удельную мощность реактора + необходимых ему средств охлаждения. 50-100 Вт/кг для уранового реактора - потолок.

Поэтому и идет речь о том, чтобы использовать более мощное топливо из тех, что можно засунуть в легкий РИТЭГ.

Хм. А средствам охлаждения-то - какая разница, откуда берётся первичное тепло?


Да не такой он уж прямо и лёгкий, когда речь заходит о значительных мощностях... Ведь по сути-то добавочного в реакторе (относительно радиоизотопного источника тепла) - только система управления.

Зато реактор сильно экономит на стартовой биозащите и вообще гораздо безопаснее на старте.

У реактора более высокая температура активной зоны - требуется подвижный теплоноситель. Тогда как для охлаждения ритэга достаточно пассивной теплопередачи.

Однако система управления - достаточно сложное устройство, особенно если использовать оружейный уран, как вы предлагаете... Это же фактически лететь на бомбе
В то же время, требуется обеспечить прогорание как можно большей доли топлива, иначе игра не стоит свеч... А для этого требуется какая-то система управления радиоактивными отходами... И все это необходимо запихнуть в корабль.

В сравнении с реакцией деления, распад хорош тем, что он идет сам, равномерно по всему топливу. И не представляет ни малейшей взрывоопасности. Поэтому получение более мощного изотопного топлива - задачка по-своему перспективная.

?! У реактора ровно такая температура активной зоны, которую пожелает конструктор. Как и у РИТЭГа, кстати.


Эмм... а почему Вы думаете, что летать на многих килограммах высокоактивного изотопа чем-то безопаснее? Вообще-то, строго наоборот: катастрофические последствия вызывает расплавление реактора с выделением накопленной активности, точно так же, как и для изотопного источника. С той разницей, что радиотоксичность содержимого изотопного источника на ту же мощность на многие десятичные порядки выше.


Взрывоопасности и реактор никакой практически значимой не представляет: разлетится раньше, чем выделит хоть сколь-нить значимое количество энергии.

А что у реактора с масштабированием вниз? Ритэги например могут весить 40 кг при весе топлива около 10 кг. Какова масса реактора, способного хотя бы к 10 годам стабильной работы? На 3-4 порядка больше, полагаю?
И какого процента выгорания топлива можно достичь?

Конечно, реакторы плохо масштабируются вниз. Отсюда и возникает ниша для изотопных источников. Просто когда изотопные источники выходят из своей ниши и начинают требовать, например, бОльшей биозащиты, нужно не зацикливаться и переходить к реакторам.

Да хоть 100 лет работы. Вопрос же в мощности, на которой зона будет использоваться эти годы. Если она не используется, то уран-235 может и миллион лет лежать, ожидая своего часа.

Выгорание порядка 10%, НЯП, достижимо. Это уже гораздо больше, чем могут изотопные источники. А учитывая то, что энергия реактора (в силу возможности ею рулить) используется более эффективно - так и вообще.

А еще уран-235 и плутоний-239 банально дешевле урана-232 и плутония-238.

Оценочно на уране-235 космический реактор уровня мощности несколько десятков-сотни кВТ с газовым теплоносителем на промежуточном спектре с длиной топливной кампании до 10 лет будет иметь массу около 850-1000 кг в зависимости от степени совершенства технологий и использования легковесных хай-тек материалов.
На уране-233 масса аналогичного реактора будет на уровне 550-700 кг.
Жидкосолевой реактор на уране-233 с эпитепловым нейтронным спектром будет иметь массу около 200-230 кг.
Жидкосолевой реактор на плутонии-239 с промежуточным нейтронным спектром будет иметь массу около 170-180 кг.

Какие 3-4 порядка???

Думаяю, что Татарин прав. РИТЭГ обсуждаемый будет иметь массу сравнимую с реактором, но будет стоить на порядок-полтора дороже.

Вполне реально для газовых реакторов на топливной металлокерамике или карбидном пластинчатом топливе

Не просто дешевле, а несоизмеримо дешевле.
Грубо говоря киллограмм 90% ВОУ стоит около 50 тысяч долларов, плутония-239 топливного качества около 80-90 тысяч долларов, плутония-239 оружейного качества около 120-160 тысяч долларов. Для урана-232 стоимость приблизится к удесятиреннной стоимости урана-233, т.е. практически к минимально возможной цене в 4.5-5.3 миллионов долларов за кг.
И это без учета затрат на выделение урана-232 из массы урана-233.

Ну в принципе получается, что уран-232 может быть чуть лучше по стоимостной энергоэффективности по сравнению с плутонием-238.

Можно ссылки на источники оценок? Кроме того, "несколько десятков / сотни" - это слишком большой разброс.
И 10 лет - маловато будет.

Для чего маловато?

Для дальнего космоса. Запуская изотоп с 70-летним периодом полураспада, имеем топливо стабильной мощности как минимум на 50 лет. И примерно до 100 лет мощность будет достаточной для работы основных систем в экономном режиме.
А реактор ваш 10 лет поработал и все. Никто же не будет к нему бригаду техобслуживания отправлять.

Странная арифметика. То-то у Вояджеров уже ни на что не хватает мощности, а всего-то 40 лет прошло


Реактор МОЖНО спланировать на кампанию в 50 лет. Этого до сих пор не делалось по разным причинам. Он, конечно, от этого станет больше и тяжелее. Экономика, не в последнюю очередь, влияет на всё, связанное, как с РИТЭГами, так и с реакторами, поэтому мы имеем то, что имеем.
А вовсе не из-за каких-то непреодолимых физических и технических проблем.

Обсуждение просто в тупик уже зашло.

Человек нас упорно пытается убедить, что сверхдорогущий и сверхрадиотоксичный изотоп урана-232 с временем полураспада в 69 лет и максимальной массой в РИТЭГе в виде 232UO2 оценочно около 9.5 кг (поскольку критмасса его в виде оксида около 14-15,5 кг) может быть гораздо лучше в 4-5 раз более дешевого плутония-238 с временем полураспада в 88 лет и максисимальной массой в РИТЭГе в виде 238PuO2 около 18 кг (поскольку критмасса в виде оксида около 28-29 кг).
При этом игнорируется, что даже в случае недостижимой 100% чистоты по изотопу урану-232 практическое тепловыделение 232UO2 будет на уровне 2,4 кВт/кг, при реальном экспериментально доказанном практическом тепловыделении 238PuO2 из обычного легко производимого плутония-238 на уровне 0.39 кВт/кг.

Практически без лазерного разделения содержание урана-232 в образцах урана-233 не будет превышать 10%. А разделение очень дорогостоящим выйдет.

Т.е. теоретически ядро РИТЭГа в виде 232UO2 массой 9,5 кг может дать до 22.8 кВт теплоты (практически же без лазерного разделения только 2.28 кВт), что с 7-8% эффективностью преобразования позволит иметь в момент запуска аппарата чуть менее 1.8 кВт электроэнергии (практически не более 180 Вт).
Реальное ядро РИТЭГа в виде 238PO2 массой 18 кг может дать практически в момент запуска аппарата около 7 кВт теплоты, что с 7-8% эффективностью преобразования позволит иметь в момент запуска 0.56 кВт электроэнергии.

При этом удельная стоимость электроэнергии из 238PuO2 составляет 31 Вт/млн долларов, а для случая теоретически чистого по 232-изотопу 232UO2 только на уровне 35.7 Вт/млн долларов (без лазерного разделения только 3.6 Вт/млн долларов).

Вывод: практические проблемы получения и выделения урана-232 и гемор по созданию РИТЭГа из него явно не позволяет конкурировать урану-232 с плутонием-238 при создании космических РИТЭГов.

Это и так очевидно было, поскольку еще 60-50 лет назад эти все выкладки уже были неоднократно просчитаны теми же американцами и опубликованы не раз.
Но отечественные инженеры опять пытаются изобрести велосипед с квадратными колесами.

Я лишь высказываю свою точку зрения. И пытаюсь на некоторые свои вопросы получить ответы по существу.
Например, спросил, по какой ссылке можно посмотреть на реакторы малой мощности весом до 10 тонн? Какова их удельная мощность? Допускаю, что вопрос уже не для этой темы, в таком случае можно перейти в другую.

Более 3 кВт/кг в промежутке от 4 до 24 лет с момента получения изотопа. Улучшение в 7,5 раз. Считаете, игра не стоит свеч?

Что мешает поделить ритег на несколько секций, в каждой из которых загружено по 9 кг?

Ну вы же сами понимаете, что в формате форуме попытка получить нужные вам данные может ни к чему не привести.
Участники форума ведь не компьютерные боты к которым обащаются запросами типа "Гугль ответь каково удельная мощность космических ЯЭУ малой/средней мощности с кучей авторитетных ссылок".

Я высказал свою точку зрения, основанную на своих знаниях. Вы высказали свою, тоже на чем то основанную.

Проще скиньте в личку мне ваш е-мэйл, и я скину что есть на компе по поводу космических ЯЭУ. Но сразу предупреждаю, что то что в папке лежит, только малая часть от того, что приходилось читать. Поэтому всех упомянутых чисел вы в этих двух с половиной десятков источников не найдете.

Игра стоила бы свеч, если бы не крайняя геморность наработки и выделения высокорадиотоксичного урана-232, что делает РИТЭГ на его основе очень дорогим и сильно проблемным в изготовлении.
Кюрий из ОЯТ высокого выгорания от легководников параметры тепловыделения (на уровне 1700 Ватт/кг.) тоже в разы больше плутония-238 имеет, но никто же в здравом уме не кидается этот кюрий выделять и в РИТЭГи засовывать. Хотя американцы многократно обращали взгляды на кюрий как потенциальный компонент ядра РИТЭГов.

Если же стоит проблема иметь долгоживущий РИТЭГ для дальних миссий в Солнечной системе, то мне кажется легкодоступный в ядерных государствах америций-241 вполне лучшее решение.

С секторным РИТЭГом проблемы нежелаемого достижения критичности из-за хороших нейтрон-отражающих свойств урана-232 никто не отменял.
Грубо по памяти цифры, если в РИТЭГ с одним ядром можно поместить не более 11 кг плутония-238 (требования из-за возможного утопления РИТЭГапри неудачном запуске), то в трехсекторный интегральный РИТЭГ нельзя разместить более 16 кг плутония-238.

Гугл тоже пытал. Лучшее, что нашел - 1Мвт весом 7 тонн, и только в виде нереализованного прожекта. https://geektimes.ru/post/253368/

Личка не работает, кину сюда: redhelicopter (a) yandex.ru

Какой именно изотоп?

Здесь за долгое время жизни расплачиваемся малой мощностью.

Вы какую-то фантастику обсуждаете. От кг урана-232 уже через месяц будет порядка 400 Р/час на метре от источника. На 10 см в 100 раз больше. Правда, это без учета самопоглощения и рассеяния: но все равно много, даже для электроники. И мощность дозы будет продолжать расти. Сколько защита будет весить, особенно от гамма-линии в 2,6 Мэв?

Ну так Вы для урана-232 защиту тоже в эффективную массу считайте. Для реактора же Вы системы управления и защиту считаете, а не просто берёте, что по 200МэВ с ядра, 100МВт*сут на кило и баста.

Есть мнение, что для реактора защита требуется более тяжелая. Там ведь нейтроны, тогда как у ритега только альфа и гамма.

а шо про бету то забыли?

Нейтроны эффективно замедляют и жрут любые водородсодержащие. А водород - он лёгкий.
Но главное не это, а то, что можно стартовать с земли "чистым". И предусматривать только "космическую", теневую защиту для реактора, и спокойно работать со спутником персоналу, не особо задумываясь о дозовых нагрузках вообще..

С ураном-232, НЯП, в этом смысле всё будет очень непросто.

Все наземные испытания спутника, требующие участия персонала, можно вести с использованием аккумулятора - массогабаритного эквивалента ритега. В конце подготовки смонтировали ритег и потестировали автоматикой. То есть, это вообще в принципе не проблема. В сравнении с наработкой урана-232 так и вовсе мелочь.

Т.е. разобрать ракетоноситель и нагрузку после испытаний и собрать заново? Шутите и ник никак с отраслью не связан...