Američania aj Rusi pracujú na vesmírnych projektoch

20. aug. 2017 • Fyzikálne vedy

Američania aj Rusi pracujú na vesmírnych projektoch

Ruská korporácia pre atómovú energiu Rosatom dokončila germánium 76 pre druhú fázu medzinárodného vedeckého projektu GERDA. Americká vesmírna agentúra NASA zas začína testovať štiepny reaktor, ktorý funguje tak, že pri rozpade atómov uránu vzniká teplo a to sa následne mení na elektrickú energiu. Cieľom amerických výskumníkov je zabezpečiť dostatok energie na výrobu paliva, aby bolo možné vyslať ľudí na Mars a aby tam mohli prežiť istú dobu na obývateľnom priestore. NASA aktuálne spolupracuje na projekte Kilopower for three years (Výkon na tri roky) so zámerom predstaviť systém na Štátnej bezpečnostnej lokalite neďaleko Las Vegas v Nevade.

Webový portál Slovenskej nukleárnej spoločnosti informoval, že agentúra NASA naposledy testovala štiepny reaktor v šesťdesiatych rokoch v rámci programu zariadenia pomocného jadrového výkonu (v skratke SNAP). Ide o program, ktorý vytvoril dva typy zariadení na jadrový pohon. Prvé zariadenie, rádioizotopový termoelektrický generátor alebo RTG, odčerpáva teplo uvoľňované pri prirodzenom rozpade rádioaktívnych prvkov ako napríklad plutónium. RTG roky poháňa desiatky vesmírnych sond, vrátane vozidla Curiosity, ktoré v súčasnosti skúma Mars.

Skúšobný reaktor s výškou približne 1,9 metra by mal vyrobiť najviac 1 kilowatt elektrickej energie. Kvôli nízkym nákladom nemá testovací blok plnú sadu Stirlingových motorov na konverziu tepla vyrobeného štiepením. Na bilanciu strojov sa použijú tepelné simulátory, aby sa overil výkon reaktorov, uvádza sa na webovej stránke Space.com. NASA znovu prejavila záujem o problematiku štiepenia po štúdii z roku 2010, ktorá sa venovala alternatívam k systémom RTG.

Reaktor na štiepenie atómov je druhá technológia, vyvíjaná pod hlavičkou SNAP. SNAP-10A bol prvým a doteraz jediným jadrovým agregátom, ktorý bol prevádzkovaný vo vesmíre. Po vypustení 3. apríla 1965 fungoval vo vesmíre 43 dní. Vyrobil 500 wattov elektrickej energie, kým porucha vedľajšieho zariadenia neukončila jeho prevádzku. Kozmická loď ostala na obežnej dráhe Zeme.

Ako sa uvádza na stránke Slovenskej nukleárnej spoločnosti, Rusko je oveľa aktívnejšie vo vývoji a pri letoch rakiet poháňaných malými reaktormi na štiepenie atómov. Patrí sem 30 sovietskych prieskumných satelitov, skrátene RORSAT, ktoré lietali v rokoch 1967 – 1988 a vysokovýkonné systémy TOPAZ. TOPAZ je akronymom pre termionický experiment s konverziou v aktívnej zóne.

Ruská korporácia pre atómovú energiu Rosatom pracuje aj na ďalších projektoch. Zverejnila správu, že dodala germánium 76 pre druhú fázu medzinárodného vedeckého projektu GERDA, ktorý skúma tzv. bezneutrínový dvojitý rozpad beta. Experiment prebiehajúci v Taliansku skúma jav, ktorý je v rozpore so Štandardným modelom časticovej fyziky, takže by vedci vďaka nemu mohli vstúpiť na pole novej fyziky, ktorá by im umožnila opísať aj tie najdávnejšie fázy vývoja nášho vesmíru.

Pátranie po bezneutrínovom dvojitom rozpade beta je v súčasnosti jedným z hlavných tém vo fyzike elementárnych častíc. Tento smer získal pozornosť verejnosti v roku 2015, kedy bola udelená Nobelova cena za objav oscilácie neutrín.

Zostavovanie germániových detektorov v špeciálnej komoreZuzana Sommerová zo spoločnosti Essential Communication informovala, že vo svete prebieha niekoľko experimentov, ktoré skúmajú tento jav a používajú na to detektory z rôznych materiálov, vrátane experimentu GERDA s detektormi z vysoko čistého germánia (odtiaľ tiež pochádza jeho názov: GERmanium Detector Array). Pre tento experiment je nevyhnutné použiť izotop germánium 76, ktorý však predstavuje len 7,6 % prírodného germánia. Vedci požadovali germánium s veľmi vysokou chemickou čistotou a s 86 % obsahom izotopu germánium 76.

„Obohacovanie germánia 76 vykonáva jediný podnik na svete, a to Elektrochimičeskij zavod (ECHZ) so sídlom v Krasnojarskej oblasti na Sibíri. Tento podnik patrí do spoločnosti TVEL, ktorá tvorí palivovú divíziu Rosatomu. Obohatené germánium bolo dodané do nemeckého výskumného ústavu Max Planck Institute for Nuclear Physics v Heidelbergu, ktorý ho ďalej spracúva do podoby detektorov. Tento ústav vedie konzorcium nemeckých technických univerzít z Mníchova, Tübingenu a Drážďan, ktoré je financované Spolkovým ministerstvom pre vzdelávanie a výskum,“ uviedla Zuzana Sommerová.

Počas prvej fázy experimentu GERDA síce nedošlo k pozorovaniu bezneutrínového dvojitého rozpadu beta, ale podarilo sa získať sľubné dáta. Medzinárodný tím vedcov teraz pripravuje v talianskom výskumnom ústave Laboratori Nazionali del Gran Sasso druhú fázu projektu, ktorá bude používať podstatne citlivejšie zariadenie.

„Ak sa počas experimentu podarí pozorovať bezneutrínový dvojitý rozpad beta, čo je veľmi vzácny jav, bude to znamenať, že neutríno a antineutríno sú jednou a tou istou časticou. Prvýkrát to v roku 1937 predpovedal taliansky vedec Ettore Majorana, ale dosiaľ tento jav nebol potvrdený. Zaznamenanie tohto javu by znamenalo, že Štandardný model časticovej fyziky, ktorý popisuje jednotlivé častice a ich vzájomné interakcie, nie je uspokojivý a vedci musia hľadať ešte všeobecnejšie princípy, aby porozumeli tomu, čo sa dialo v prvých okamihoch po Veľkom tresku,“ uviedla Zuzana Sommerová z Essential Communication.

Germánium 76 pre experiment GERDA bolo prvýkrát vyrobené v závode ECHZ v rokoch 2004 – 2005.Podnik tým získal skúsenosti so špeciálnymi požiadavkami vedcov na výrobu, skladovanie a prepravu materiálu. Okrem veľmi prísnych požiadaviek na chemickú čistotu a obsah požadovaného izotopu totiž vedci žiadali, aby materiál prišiel do minimálneho kontaktu s kozmickým žiarením, ktoré nás bežne obklopuje. Ovplyvňuje to totiž citlivosť výsledného výskumného zariadenia, ktorá v tomto prípade musí byť veľmi vysoká.

Zuzana Sommerová ďalej uvádza, že samotné obohacovanie preto prebiehalo tak, že obohacovaný materiál a medziprodukty boli nad úrovňou zeme bez tienenia kozmického žiarenia po čo najkratšiu dobu a materiály boli skladované výhradne pod zemou v špeciálnom odtienenom sarkofágu.

„Najprv do Nemecka poslali niekoľko vzoriek, na ktorých si vedci overili, že germánium 76 bude mať požadované chemické vlastnosti. Potom sa uskutočnila vlastná výroba za špeciálnych podmienok a podobne špeciálna bola aj preprava", uviedla.

Čo sa týka americkej NASA, tá okrem projektu SNAP financovala v 50. rokoch niekoľko jadrových zariadení, avšak finančné, politické a technické záležitosti pozastavili ďalší vývoj. Pred tromi rokmi program Game Changing Development (Program rozvoja zmeny taktiky) agentúry NASA podporil projekt Kilopower s cieľom skonštruovať malý štiepny reaktor a otestovať ho do konca fiškálneho obdobia, do 30. septembra 2017. Náklady na tento projekt sú okolo 15 miliónov USD.

Inžinieri z agentúry NASA usudzujú, že let človeka na Mars si bude vyžadovať systém, ktorý dokáže vyrobiť 40 kilowattov energie, čo je podľa agentúry približne toľko, koľko spotrebuje osem domácností na Zemi. RTG Curiosity dodáva okolo 125 wattov – je to menej elektriny, ako je potrebné na chod jednej mikrovlnky, hoci úroveň energie klesá, ako sa rozpadá rádioaktívne plutónium.

Ďalšou možnosťou na dobíjanie batérií je solárna energia, obmedzilo by to ale výrobu elektrickej energie len na oblasti s dostatkom slnečného svetla. Napríklad vo vnútri krátera Shackleton, ktorý bol vďaka zdroju vody hlavným kandidátom na prieskum Mesiaca, je úplná tma. Najslnečnejšie miesta na Marse osvecuje len tretina z množstva slnečného svitu, ktorý sa dostane na Zem.

Naopak, štiepne reaktory môžu byť naďalej v prevádzke aj pri nepriaznivých poveternostných podmienkach, ako sú všadeprítomné pieskové búrky na Marse.

Najväčší objem energie pri budúcich expedíciách s ľudskou posádkou pôjde na chod zariadenia vyrábajúceho palivo, vzduch a vodu, ďalej na chod obytného priestoru a dobíjanie batérií vozidiel a vedeckých prístrojov. NASA plánuje vyslať štyri alebo päť malých štiepnych reaktorov, z ktorých každý dokáže vyrobiť približne 10 kilowattov energie.  Zariadenia sa majú vypúšťať v studenom stave a budú spustené, až keď dosiahnu svoju dráhu.

 

Viac informácií na: Space.comsnus.sk

 

Informácie a foto poskytla: Zuzana Sommerová z Essential Communication, s. r. o.

Správnosť prevzatých informácií zo snus.sk potvrdil predseda Slovenskej nukleárnej spoločnosti prof. Ing. Vladimír Slugeň, DrSc.

Spracovala: Slávka Habrmanová, NCP VaT pri CVTI SR

Uverejnila: VČ

Hore
Atmosféra počas TVT 2017
téma mesiaca
QUARK
Aurelium - centrum vedy
Prechod VK na VND - jeseň
kúpa časopisov jún 2016
TVT 2017 články
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Stromová kôra v sebe skrýva zdraviu prospešné látky.
Zistite viac