Plutonium für RTG

Hi,

ich habe nun schon einiges über Radioisotopen Generatoren und Stirling Generatoren gehört und gelesen. Die Funktionsweise verstehe ich auch (glaub ich).
Aber warum ist das Plutonium / Uran den so teuer? Und warum hat die USA keine und Russland nur geringe Vorräte, laut tul (Re: Grail: Neue Discovery Mission Antworten #6) nur noch 15 kg?

Kann man da nicht einfach das Zeug aus den Kernwaffen nehmen? Meines Wissens spalten auch  Kernreaktoren Uran / Plutonium, wenn es nur noch 15 kg davon gibt verstehe ich das Ausstiegsprogramm Deutschlands.
Was ist mit den ganzen radioaktiven Abfällen die aufwendigst eingelagert oder aufbereitet werden?

Ist das alles nicht das gleiche Zeugs (klar verschiedene Isotope, aber Hauptsache Radioaktiv oder)?


MfG

Matthias

Schau mal bei Wikipedia, da steht eine Menge zu Plutonium:
http://de.wikipedia.org/wiki/Plutonium

Generell muss es künstlich hergestellt (erbrütet) werden, indem man (einfach gesprochen) U²³⁸ um einen U²³⁵-Reaktor lagert. Durch schnelle Neutronen der ²³⁵-Kernspaltung kann so ^Pu239 und höher entstehen.

Was ist mit den ganzen radioaktiven Abfällen die aufwendigst eingelagert oder aufbereitet werden?

Das ist nur "Dreck", also eine Mischung aus vielen radioaktiven Spaltprodukten. Mit viel Aufwand kann in der Wiederaufbereitung noch verbliebenes spaltbares Material gewonnen und angereichert werden.

Ist das alles nicht das gleiche Zeugs (klar verschiedene Isotope, aber Hauptsache Radioaktiv oder)?

Nein, ist es nicht. Um sinnvoll eingesetzt werden zu können, kommt es u.a. auf die Halbwertzeit an. Die Elemente dürfen also weder zu schnell noch zu langsam zerfallen, um ausreichend Wärme über eine lange Zeit abzugeben. Außerdem sollte die Strahlung durch eine dünne/leichte Abschirmung aufgehalten werden können. All das spricht bei Raumfahrtanwendungen für den alpha-Strahler ^Pu239 in RTGs.

Schau noch mal bei Wikipedia, das stehe auch zu RTGs 'ne Menge:
http://de.wikipedia.org/wiki/RTG

Hallo,

man muss hier unterscheiden zwischen den verschieden Pu-Isotopen. RTG´s brauchen Pu-238, Kernwaffen aber Pu-239. Waffen-Pu kann man nicht verwenden, da es durch den radioaktiven Zerfall nicht genügend Wärme erzeugt. Da wäre allerdings genug, ich kenne die genauen Zahlen nicht aber allein Russland produziert pro Jahr noch etwa 600 kg Waffenplutonium (aber eher ungewollt, man braucht die Reaktoren zur Wärmerversorgung der angeschlossen Forschungsstadt). Uranisotope erzeugen auch zu wenig Wärme.
Es gab auch andere Isotope in der Raumfahrt, ich glaube aber eher als Heizelemente und nicht in RTGs wie Po-210. Hier ist aber die HWZ sehr kurz, so das es für interplanetaren Missionen ungeeignet ist.
Pu238 stellt man gesondert her: Zuerst erzeugt man Neptunium-237, welches dann zur Herstellung von Pu-238 Verwendung findet. Dazu braucht man gesonderte Anlagen, und das ist sehr teuer.
Neben den von Daniel geposteten Links hier noch dieser, ist sehr gut: http://www.bernd-leitenberger.de/cassini-rtg.shtml

Martin

Vielen Dank für die schnellen Antworten und die Links

Kommt also auf die Halbwertszeit an.
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Matthias

Das Department of Energy der USA zeigte sich im Januar wohl sehr unzufrieden mit dem Los Alamos National Laboratory. Das DOE drohte eine 13 Mio USD pro Jahr Programm zu streichen wegen der dauerhaft schlechten Arbeit des LANL an diesem Projekt. Im Rahmen dieses Programm forscht das LANL an Plutoniumelementen zur Stromerzeugung von NASA Raumflugkoerpern.

Laut einem Sprecher des LANL wurden die Probleme aber seit dem DOE Memo im Januar 2009 zur Zufriedenheit aller geloest.

http://www.abqjournal.com/abqnews/john-fleck-nm-science-mainmenu-31/12228-doe-officials-slams-lanl-mismanagement.html

Praesident Obamas Antrag auf 30 mio USD zur Wiederaufnahme der 238Pu Produktion fuer die NASA wurde abgelehnt. So sind keine Gelder in der vom Repraesentantenhaus beschlossenen Energy-Water Appropriations bill diesbezueglich enthalten.

http://www.spacenews.com/policy/pu-238-restart-denied-with-final-passage-energy-bill.html

Interessanterweise kam bei der Forumssuche, als ich nach dem passen Thread hierfuer gesucht habe, diese Werbung von google:

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Plutonium
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Für Kernwaffen stell man schon Atome her, aber für die Raumfahrt ist das ja ach so teuer.... ?!?

Wie will man dann den VASIMR betreiben?

Wahrscheinlich wird hier erst auf Bedarf erzeugt, also wenn der VASIMR gezeigt hat, was er kann...

Es gibt einen Unterschied zwischen einem Kernspaltungsreaktor und einem RTG. Ein RTG ist viel zu schwach für VASIMR. Bei einem Kernspaltungsreaktor benutzt man Uran-235.

Russland hat eine Plutoniumlieferung an die USA verschoben, da man offenbar mehr Geld haben möchte. Jetzt da die 30 Millionen für die Wiederaufnahme der Plutonium-238 Produktion in den USA gestrichen wurden, ist man ja in einer besseren Verhandlungsposition: 
http://www.spacenews.com/civil/091211-russia-withholding-plutonium-needed-nasa.html

Moin

Für Kernwaffen stell man schon Atome her, aber für die Raumfahrt ist das ja ach so teuer.... ?!?

Ja ist es, zumindest ausgehend von Pu238(RTG) und Pu239(Waffen).
Pu239 lässt sich direkt aus U238 erbrüten, dass in rauhen Mengen vorhanden ist. Man bestrahle U238 mit Neutronen, warte ein wenig und man erhält Pu239. Um Pu238 zu erhalten, muss man U238 mit Deuterium(schwerer Wasserstoff - sehr teuer) beschießen und hoffen, dass dabei zwei Neutronen aus dem neuen Kern herausgeschleudert werden. Der Aufwand ist also deutlich größer, vor allem da Pu239 nebenbei in Atomkraftwerken entsteht, während man für Pu238 eigenständige Anlagen braucht

mfg websquid

Hallo Leute

Vasimir ist ein elektrisches Triebwerk mit einem spez. Impuls etwa 10 mal so hoch wie heutige chemische Triebwerke. Schub: ca 500 g. Leistungsbearf ca. 100 KW. Da nur die ISS die nötige installierte elektrische Leistung hat, muß ein Vasimir-Triebwerk mit einem der letzten Shuttles zur ISS gebracht werden. Ich bin auf diesen Tag sehr gespannt.

Matjes

Ein VASIMR (ohne zweites "i") kommt erst nach Einstellung der Shuttle-Flüge zur ISS.

Mehr Infos gibt es im AdAstra-Thread: https://forum.raumfahrer.net/index.php?topic=3429.0. Der läuft seit Mai 2007. Da steht schon ne Menge drin.

..., muss man U238 mit Deuterium(schwerer Wasserstoff - sehr teuer) beschießen und hoffen, dass dabei zwei Neutronen aus dem neuen Kern herausgeschleudert werden. Der Aufwand ist also deutlich größer, vor allem da Pu239 nebenbei in Atomkraftwerken entsteht, während man für Pu238 eigenständige Anlagen braucht

Die Sache ist etwas komplizierter. Ausgangsisotop ist 235Uran. Wird dies mit Neutronen der richtigen Energie beschossen, bildet sich 236Uran. Dieses zerfaellt dann meist innerhalb von Sekundenbruchteilen in zwei Mittelschwere Atomkerne. Manchmal ueberlebt der 236Urankern aber. Trifft auf diesen wiederum ein Neutron, bildet sich 237Neptunium. Um sauberes 238Uran zu erhalten, muss man das Neptunium nun aus dem Kernbrennstoff extrahieren und daraus Neptuniumtargets herstellen. Diese werden in einem speziellen Reaktor wiederum bestrahlt. Wenn das 237Neptunium ein Neutron einfaengt, bildet sich 238Neptunium um, welches durch einen Betazerfall zu 238Uran 238Plutonium zerfaellt. Fertig.

Von Kernspaltung und Maeusefallen wird auch hier berichtet:
http://www.fas.org/blog/ssp/2010/01/you-dont-have-to-be-a-mouse-to-be-wary-of-mousetraps.php

Entschuldige Martin, aber das hört sich an wie völliger Quatsch! Warum sollte man denn dermaßen viel Aufwand betreiben, um das Uran-Isotop ²³⁸U herzustellen? Von dem Zeug gibt es nun wirklich reichlich natürlich vorkommendes auf der Erde. Meist stört es eher, wenn an etwa Brennelemente für Reaktoren herstellen will, da die meisten nur ²³⁵U verwerten können. Hast du dich da nur beim letzten Schritt vertan und meintest eigentlich ²³⁸Pu? Oder wo liegt genau der Fehler?

Sorry, wiedermal ein Martin-typischer Fluechtigkeitsfehler. Habe es korrigiert.

Jetzt, wo der NASA das Plutonium ausgeht, wäre es doch eine möglichkeit auf das Element Americium umzusteigen. Die Halbwertzeit liegt mit weit über 400 Jahren fast 5 mal so hoch wie bei Plutonium. Sicherlich ist die Produktion weitaus teuerer als beim Plutonium, aber mal abgesehen vom Namen ( was auch für Amerika eine Patriotische Seite haben könnte ), könnte man die Missionen viel großzügiger Planen und auch weiter in den Tiefen Raum vordringen als bisher.

Hier der Wiki-Link
http://de.wikipedia.org/wiki/Americium

Hallo,

Americium liefert aber auch wesentlich weniger Energie. 238Pu liefert 0,39 Wt/g, 241Am nur 0.097 Wt/g. Das heisst bei gleicher vorgegebener Leistung muesste ein Americium RTG wesentlich groesser (schwerer) sein.

http://fti.neep.wisc.edu/neep602/SPRING00/lecture5.pdf (lezte Folie)

Martin

Guten Morgen Chris,

das hatten wir an anderer Stelle bereits. Halbwertszeit ist zweischneidig. Denn mit dem langsameren Zerfall gibt das Element dann auch weniger Wärme ab, und damit weniger elektrische Leistung. Man müsste also deutlich mehr des schweren Elements mitnehmen, um die selbe Leistung zu erhalten.

Ich denke die Halbwertszeit von Plutonium war nicht wirklich eine Einschränkung, vielleicht schon eher sogar das Optimum aus allen Ansprüchen. Die Voyagers arbeiten immer noch, Ulysses hatte ihre geplante Missionszeit weit überschritten, auch New Horizons wird noch weit jenseits des Plutos arbeiten.

Denn mit dem langsameren Zerfall gibt das Element dann auch weniger Wärme ab, und damit weniger elektrische Leistung

Die meiste Zeit machen die Sonden doch nichts... (Fotos, Messungen,...) Da könnte man eine Batterie einbauen, um ab und zu Kommunikation und Messung zu ermöglichen. Dafür hält er länger und man kann ihn deutlich weiter hinaus betreiben...

Mal sehen, wie es in ein paar Jahren mit den CNT aussieht...  

Wie schwer soll so eine Sonde denn werden? RTG und Akku einbauen?
Das wird sich wohl nicht lohnen. Da kann man eher ein größeres RTG einbauen.

mfg websquid

"Die meiste Zeit nichts machen" ist mit Vorsicht zu sagen, nicht jede Mission besteht nur aus Cruisephase mit kurzem Flyby, und selbst dann ist Cruise nicht gleich Tiefschlaf:

• New Horizons macht zwischendurch Messungen im äußeren Sonnensystem.
• Cassini ist am Saturn dauerbeschäftigt, Galileo war am Jupiter dauerbeschäfitgt
• Ulysses war auf seinem Sonnenorbit dauerbeschäftigt
• Curiosity wird ebenso dauerbeschäftigt auf der Marsoberfläche sein

Und man darf nicht vergessen, dass vor allem bei Deep-Space Missionen auch noch Wärme und Energie für den Thermalhaushalt der Sonde gebraucht wird. Die Computer müssen laufen um Telemtrie zu sammeln und Zeitkommandos auszuführen, die Position muss regelmäßig mit Sensoren überprüft werden und und und... Nur weil vielleicht gerade mal keine wissenschaftlichen Untersuchungen stattfinden heißt das nicht, das keine Energie verbraucht wird.

Soweit ich mal gelesen habe machen die Amerikaner aus dem Plutonium abgerüsteter Atomwaffen Brennstoff für AKWs.
Es sollte doch möglich sein auch was für die Raumfahrt abzuzwacken...

Gruß
Michael

Hallo und willkommen Catweasel.

Plutonium ist nicht gleich Plutonium. Das Isotop für Spaltungsanwendungen (Sprengköpfe, AKW) ist ²³⁹Pu, für radioaktive Zerfallsanwendungen in RTGs wird ²³⁸Pu benötigt/genutzt.

Ein wesentlicher Unterschied dabei ist die Halbwertszeit. Pu-238 hat eine Halbwertszeit von 87,7 Jahren, Pu-239 dagegen 24.110 Jahre. Es zerfällt langsamer, gibt also in der gleichen Zeit viel weniger thermische Energie an ein umgebendes Medium ab. Man bräuchte ein Vielfaches der Menge für dieselbe Nutzleistung.