Estados Unidos vuelve a producir plutonio para sondas espaciales

Estados Unidos vuelve a tener una capacidad que perdió hace 25 años: fabricar plutonio-238. El Departamento de Energía (DOE) acaba de producir su primera muestra de prueba de este isótopo, lo que permitirá equipar a las futuras sondas espaciales norteamericanas con generadores de radioisótopos (RTG) sin miedo a agotar las reservas existentes. Actualmente, la NASA depende del plutonio de origen ruso para sus sondas espaciales (sí, Curiosity usa plutonio ruso), pero Rusia decidió cerrar su línea de producción en abril de 2010.

Una muestra de dióxido de plutonio brillando dentro de un recipiente cerámico (DOE/NASA).

El camino hasta aquí no ha sido fácil. La NASA lleva más de cinco años intentando convencer al gobierno de la necesidad de volver a iniciar la producción de plutonio-238, un isótopo que no tiene ningún interés militar (los isótopos de este elemento más populares para su uso en armas nucleares son el plutonio-239 y el plutonio-240). El nuevo lote de Pu-238 se ha “fabricado” en un reactor del National Oak Ridge Laboratory (Tennessee) irradiando muestras de neptunio-237. El plutonio empleado en un RTG de serie se halla en forma de dióxido de plutonio formando pequeñas esferas de unos 150 gramos rodeadas por una cápsula de iridio con el fin de evitar que el isótopo pueda verterse al medio ambiente por culpa de un accidente. Estas esférulas se agrupan dentro de un módulo llamado GPHS (General Purpose Heat Source). Varios GPHS se unen para formar un RTG convencional. Actualmente, la NASA opera varias sondas que llevan RTGs, como es el caso de la Cassini, New Horizons, Curiosity o las dos Voyager. Además de los RTG, este material puede usarse en sistemas más simples denominados RHU (Radio-Isotope Heater Units), destinados a elevar la temperatura de ciertas zonas de la nave gracias al calor emitido por la desintegración del plutonio.

Esférula de dióxido de plutonio-238 (NASA/DOE).
Esquema de un GPHS (NASA).
RTG (MMRTG) de Curiosity (NASA).
Ritmo de creación de Pu-238 a partir de neptunio (NASA).

A pesar de ser obviamente radiactivos -a diferencia de un reactor nuclear no activado- los RTGs son muy seguros y están diseñados para no emitir plutonio a la atmósfera en caso de accidente. En 1968 el satélite Nimbus B-1 fue destruido durante un lanzamiento fallido. El satélite disponía de dos RTG SNAP-19B2 que terminaron hechos trizas en el fondo del océano a cien metros de profundidad, pero sin embargo no se detectó ninguna fuga de material radiactivo. Los RTGs actuales son aún más seguros y están diseñados para resistir intactos un fallo catastrófico del lanzador.

Restos de los RTGs del Nimbus B-1 en el fondo del océano (NASA).

Se espera que el DOE pueda producir entre 1,5 y 2 kg de plutonio-238 al año, más que suficiente para alimentar a la nueva generación de RTG tipo Stirling que debe equipar a las futuras sondas espaciales norteamericanas. Estos generadores, denominados SRG o ASRG, pueden producir la misma cantidad electricidad con cuatro veces menos plutonio que los actuales modelos, aunque a cambio poseen partes móviles. La NASA y el DOE esperan tener listos en 2016 plutonio suficiente para dos RTGs, aunque todavía no hay ninguna misión asociada a los mismos. En cualquier caso, hay que recordar que muchas propuestas de misiones planetarias que hacían uso de RTGs no han sido aprobadas por la NASA en buena medida por culpa de la escasez de este material, como fue el caso de la sonda TiME para explorar los mares de metano-etano de Titán. Ni que decir tiene, estamos ante una muy buena noticia para la exploración espacial. Ahora sólo falta construir las sondas que usarán este plutonio.



38 Comentarios

  1. Genial! Esto aumenta enormemente la flexibilidad a la hora de diseñar sondas.

    Me planteaba si la producción es suficiente para una estación en L2, pero veo que no.
    Por lo que pone en este enlace http://en.wikipedia.org/wiki/Radioisotope_thermoelectric_generator
    Curiosity usa 4,8kg para producir 2000W de calor y 110W eléctricos y parece ser el más eficiente de los RTG’s.

    Con unos optimistas 20kg de plutonio acumulados en 10 años y usando generadores Stirling, se podrían crear algo menos de 2000W eléctricos, algo totalmente insuficiente para una estación espacial.

    Pero el nuevo abanico de sondas para lugares inhóspitos del sistema solar exterior es espectacular.

    1. No, si el ojeto de los RTG es alimentar elementos de circuitería y partes móviles simples, o alimentar en lugares donde se desaconsejan los paneles solares. Para una estación en L2 haría falta un pequeño reactor, Dani habló el otro día de ello. Entre otras cosas porque el coste asociado a generar plutonio 238 en estas cantidades, daría para subir muuchos paneles solares, a parte de que se tarda mucho en producirlo de manera segura.

    2. En principio una Gateway entiendo que no quedará a la sombra de la luna, y por lo tanto los paneles solares funcionan continuamente o con pequeños eclipses manejables con las baterías.
      ¿Dónde se desaconseja utilizar paneles solares?
      No veo demasiadas ventajas en montar caros reactores nucleares para las necesidades de una estación en L2. Los reactores me cuadran más para propulsión iónica estilo VASIMR que requiera alta potencia, o una base en la cara oculta de la luna.

    3. No me he expresado bien, perdona, no quería decir que fuese mejor un reactor que usar paneles solares, si no que era mejor opción que usar RTGs. La Gateway no estaría en L2 exáctamente si no en órbita alrededor del punto para poder tener contacto directo con la tierra en todo momento y para poder aprovechar los paneles.

      En cuanto a dónde se desaconsejan, pues en misiones más allá de Marte. Desaconsejar no quiere que no se puedan enviar sondas, pero por ejemplo en misiones a Júpiter o Saturno, se prefiere el uso de RTGs, porque los paneles no dan tanto rendimiento y porque pueden verse afectados por la radiación. Osea que en sitios donde no hay sol o donde hay mucha radioactividad, mejor RTGs, al menos eso tengo entendido.

      Saludos

  2. El plutonio de grado ‘militar’ es el 239 y el 240 porque es relativamente más estable y manipulable. El Plutonio 238 es más inestable, contaminante, difícil de manipular y peligroso. Libera espontáneamente una cantidad enorme de neutrones de alta energía y calor que en fundirían el material altamente explosivo necesario para comprimir la masa crítica antes de la detonación. Los neutrones también podrían iniciar una reacción en cadena prematura reduciendo así la potencia explosiva de la bomba. Por eso no se emplea para fabricar de manera industrial armas nucleares. Pero esto no excluye que se pueda fabricar una bomba radiológica con este material: un microgramo de plutonio inhalado es suficiente para inducir un cáncer pulmonar. Si EEUU dejó de fabricarlo y Rusia parece que va a dejar de fabricarlo es por algo. Otra cosa es que no haya nada mejor para alimentar las sondas espaciales….

    1. Anónimo, no sabes lo que dices.El plutonio 238 es alfa emisor (5.46 y 5.50 MeV)su periodo de semidesintegración es de 87,74 años; se fabrica del neptunio 237(facilmente purificable de los residuos de los reactores de fision tras unos 3 años de funcionamiento) irradiándolo con neutrones en reactor de alto flujo, como el citado en el texto, que lo convierte en neptunio238, éste con un periodo se semidesintegración de 2,11 dias y beta emisor se convierte en el citado plutonio238, para evitar la reacción (alfa; neutrón ) su óxido mas utilizado es el dióxido de plutonio con O-16, evitando el O-18.
      Todos los materiales radiactivos, especialmente los metales peasdos son peligrosísimos, pero ya se toman las precauciones posibles.

    2. Braulio, sé lo que encuentro en internet. De los isótopos del Plutonio -el más peligroso de los materiales radiactivos- el 238 no sirve para armamento nuclear porque es más inestable y no garantizaría un rendimiento controlable del arma nuclear (mira http://www.fas.org/nuke/intro/nuke/plutonium.htm). En cuanto a la radiación alfa hay que puntualizar que resulta mucho más dañina que otras cuando penetra (por inhalación por ejemplo) en el cuerpo humano, por su efecto ionizante (=cancerígeno). En cuanto a que “ya se toman las precauciones posibles”, te doy toda la razón: se tomaron en 1988 en EEUU parando su producción. Un informe del DOE de 2010, tratando la posible reanudación de la producción de Plutonio 238, admitía que no solo se destinaría a los RTGs de la NASA sino también a “additional national security applications” (mira la pág. 4 de: http://environmental-defense-institute.org/publications/Pu-238%20Production%20Start-up%20Plan..6.21.10.pdf)…

    1. Bo día!! Siento disentir. El uso de la energía nuclear no parece una buena noticia. Dice poco de la búsqueda efectiva de una energía alternativa para la impulsión de las naves espaciales retomando estrategias de hace 30 años… La experiencia demuestra que lo barato sale caro a largo plazo, por ejemplo: cuando dicen que no encontraron emisión radioactiva de los restos de Nimbus B 1 no añaden que cuando la corrosión destruya la protección de esos restos, la radioactividad seguirá, primero en el agua del mar, luego en la cadena alimentaria hasta llegar a los pelos de la barba de algún comentarista de este blog ; )
      Lo nuclear no es bueno, sus capacidades energéticas no justifican el coste medioambiental de sus residuos (no resuelto) y falta al respeto a las víctimas de la mayor masacre colectiva instantanea de la historia con 2 bombas, 2, sobre Hiroshima y Nagasaki… (por no hablar de Chernobil o Fukushima)
      Algunas ideas sobre el futuro de la propulsión de naves espaciales se han apuntado en entradas de este fenomenal blog, vayamos hacia ellas!!

      Saúdos

    2. A día de hoy no existe nada para proporcionar electricidad a los ingenios espaciales enviados más allá de Marte… Así que ya me dirás qué hacemos! ¿No los mandamos hasta que no descubramos el santo grial de la producción energética?

      Saludos!

    3. fendetestas, otros si que puede ser que contaminen, pero los del nimbus precisamente no, mas que nada porque fueron recuperados, de hecho me suena que se volvieron a usar para otra misión

    4. @fendetestas
      No soy un particular amante de la energía nuclear ya que sus contras son obvios. Pero es una alternativa muy a tener en cuenta.
      Si miras las personas enfermadas y muertas por la contaminación del aire al literalmente quemar cada día grandes montones de diesel y gasolina a lo largo de los últimos 100 años dentro de las grandes ciudades, te darás cuenta que los muertos por culpa de la radiación de las centrales nucleares son una mínima porción.

      Si a esto le añades los problemas medioambientales al calentar el planeta, la huella de la energía fósil es de largo más perjudicial que la nuclear. Y ojo para mi no es la panacea. Pero cada día pedaleo en mi bici detrás de quemadores de petróleo que me ennegrecen los pulmones, y esto me preocupa bastante más que fukushima. Por si fuera poco, las centrales nucleares están localizadas en puntos muy concretos, mientras que la contaminación de los automóviles se produce dsitribuida y directamente donde habitan las personas.

      Hiroshima y Nagasaki son armas de destrucción masiva y deberían quedar fuera de la discusión sobre la seguridad de las fuentes de energía, ya que su propósito es otro.

    5. Fendetestas:
      Totalmente de acuerdo con J. Murdock y con Paco.
      Siento decirte que estás en un error al decir que los problemas medioambientales de los residuos no están resueltos. Los residuos NO tienen problemas medioambientales. Si las visitas páginas de ENRESA, el CSN, EURATOM, ENSREG o similares lo comprenderás. Espero que no me vengas con que son organismos que distorsionan los datos. Para que la corroión destruyera los restos del Nimbus 8 (si no los hubieran recogido)…. tendrian que cambiar las leyes de la química.
      ¿cuanto tiempo se va a quedar el CO2 que emitimos? ¿dóde está localizado?….si ya sé lo de Chernobyl y Fukushima; en el primer caso un reactor al que prácticamente se le hizo explotar y en el segundo te recuerdo que lo único que resistió fue la central, que soportó un terremoto 100 veces más intenso que las especificaciones de seguridad y que- efectivemente- vertió radiación (depende de con quien hables te dirá unos niveles u otros), pero el riesgo cero no existe.

    6. Yo, que de momento no soy partidario de explotación (que no de la investigación) de la energía nuclear, sobre todo con el modelo actual, te diré que el uso de RTG’s y dispositivos similares es mucho más seguro de lo que crees.

      Primero porque los niveles de radiación que pueden emitir no se parecen ni de lejos (salvo que esté muy equivocado hablo de diferentes órdenes de magnitud) a los que puede generar el reactor de una central o el combustible de una central.

      Segundo que se pueden incluir mayores medidas de seguridad para casos de accidentes catastróficos, porque su diseño es muchísimo más compacto que el de un reactor.

      Cuando se habla de nergía nuclear se meten en un mismo sacon varias tecnologías y conceptos muy distintos. Un RTG sí, es energía nuclear porque usa como combustible plutonio, pero no se puede meter en el mismo saco que Chernobyl, es absurdo, es no tener idea de qué representa la energía nuclear, cuales son sus fundamentos prácticos y rechazarla en base a un dogmatismo infundado y no por los hechos y pruebas por los que mucha gente rechaza el uso de eta energía.

      Y por último, tu argumento de que el uso de la energía nuclear es faltar al respeto a las víctimas de Hiroshima y Nagashaki es, peregrino no… lo siguiente. Entonces por respeto a la memoria de de esos muertos, no avananzamos en un campo tan fundamental de la física verdad? o mejor todavía, por respeto a los muchos (MUCHÍSIMOS) muertos más que han causado las bombas basadas en componentes químicos dejamos de usar la química… claro. ¿Por qué culpas a la tecnología de la bomba y no del avión? por ejemplo… ¿dejamos de usar aviones por respeto?

      Que no, que algunos usos de la energía nuclear son muuuuy rebatibles, pero con argumentos, no se puede usar el miedo como argumentación.

    7. Yo trabaje hace unos años en una central nuclear y la seguridad siempre era lo primero. Si no queremos nada nuclear, ha de ser nada; y se incluye la medicina nuclear, los aceleradores de particulas, los rayos X ,ete, etc. ¿A que eso es ilogico? Pues igualmente es ilogico no usar RTG para sondas espaciales.
      Y si alguna vez se diseña un motor muy eficiente y se construye una nave o sonda interplanetaria, que quede claro que solo podra funcionar con energia nuclear.

      Saludos

    8. Ola, bueno, pues con mi peregrina idea seguiré… Sostengo que la prolifetación nuclear es algo que nos demandarán futuras generaciones, si, como las emisiones masivas de CO2 y tantos errores que se están cometiendo y que van a condicionar la existencia del planeta. Y para decir ésto no hace falta ser de Greenpeace. Sólo hay que echar una mirada a la fosa de residuos nucleares situada al noroeste de la península ibérica: toneladas de residuos en bidones rellenos de cemento. Ahora se sabe que fue un error, entonces era irresponsable, fundamentalista, peregrino, ignorante no ver aquella acción como la solución menos mala a ese “problema”. Recuerdo con cariño las imágenes de aquellos valientes tratando de evitarlo en sus zodiacs. Claro que no está resuelto el tema de los residuos. Los actuales depósitos serán seguros los próximos 1000 años?? Están a salvo de ataques tipo 11 S los centros de producción nuclear?? Y caso de haberlo, quien pagaría las consecuencias??
      Veo más contras que pros e, insisto, lo de Hiroshima y Nagasaki pesa como una losa. Pero admito diferentes concepciones ético/políticas, ha sido un placer conocer las opinones de Murdock, o de algún anónimo con los que no me pondré de acuerdo desde el respeto. Pero llevo algo peor el tono chuleterillo y un punto altanero de Txemary que no sé por dónde le viene.

      Saúdos

    9. Pues mira, siento si mi tono te parece altanero y chulerito, no era mi intención.

      Pero sigues juntando tocino y velocidad. No todo lo nuclear es malo y creerlo así es dogmático. No apoyo la explotación que hoy en día se hace de la energía nuclear, me parece peligrosa (MUCHO) y tampoco me parece mínimamente lógico el tratamiento que hasta ahora se da a los residuos nucleares, que eso de que está “resuelto” está poco claro.

      Pero todo lo anterior no tiene NADA que ver con la producción de plutonio 238, en absoluto. Y no te confundas, no he dicho que toda tu argumentación sea peregrina, me he ceñido a lo que has dicho de Hiroshima y Nagasaky, que por los argumentos que te he dado me parece fuera de lugar.

      Saludos.

    10. Buena discusión, y aunque entiendo la postura de fendetestas no puedo sino disentir con utilizar acontecimientos como Hiroshima y Nagasaki como punto en contra, lo que considero demagógico, en especial decir que es un insulto para las vícitmas. La Energía nuclear ni es civil ni militar, ni buena ni mala, solo un proceso atómico del que se puede extraer grandes cantidades de energía…el uso que la Humanidad, en ocasiones terribles, no tiene nada que ver con ella, sino con las personas. Y usarla para explorar significa darle un uso completamente positivo.

  3. Una buena noticia, porque a falta, por ahora, de una alternativa sigue siendo la mejor y única opción para muchas misiones interplanetarias, no solo hacia el Sistema Solar exterior como para otras cuya complejidad hace necesaria una fuente de energía potente y fiable. Y si existe un uso positivo de la energía nuclear, es precisamente este.

    Eso si, los de Greenpeace y otros se deben estar tirando de los pelos xd

    1. Los de greenpeace se podrían tirar de los pelos con los cohetes hipergólicos y los aceleradores sólidos. Curiosity con menos de 5kg de plutonio y éste con una densidad 20 veces mayor que el agua deja unas pequeñas cargas muy bien encapsuladas que finalmente comportan muy poco riesgo.

  4. Para los fanáticos del sistema solar exterior esta es la mejor notícia que hemos leído en años, porque sin Pu238 poca exploración es factible. A lo mejor ese proyecto de sonda de la Nasa destinada a la heliopausa que leí hace un tiempo en Eureka no era un proyecto PowerPoint!

  5. Los reactores que producen Plutonio 238 en la cantidad que se precisa son caros e ineficientes. Para EEUU era un chollo poder comprárselo a Rusia, pero ahora con la crisis y los recortes no hay dinero para pagar su precio. A Rusia no le compensa mantener esos reactores por más tiempo. Tiene otras necesidades energéticas más acuciantes. Si EEUU ha encontrado un método más barato y/o eficiente para producir Plutonio 238 es una buena noticia para los proyectos espaciales de la NASA, sin duda.

  6. Hablando de fuentes de energía aplicadas a la exploración espacial, ¿hay algún proyecto de base espacial que use energía geotérmica (el calor del interior de un planeta)?

    1. Marte y la Luna están prácticamente muertos geológicamente hablando y serían los únicos sitios dónde se podría plantear una base espacial de forma medianamente realista.

    2. Aparte que para taladrar un pozo a tanta profundidad hace falta posar sobre el planeta o luna en cuestión TONELADAS de equipo antes de enfrentarse a larga lista de retos para hacerlo. Mas sencillo, fiable y barato usar un RTG, un reactor o paneles solares

  7. Quisiera verle la cara a los Anti Nuke(fanaticos antinucleares) al enterarse de esta noticia. Por cierto, tengo entendido que el Isotopo usado con la sonda New Horizon era Made In USA, ya que, meses antes de ser lanzada la sonda, se reporto una perdida de dicho material por el Departamento de Energía. ¿Podría aclarmelo Daniel?

    Por otro lado, ¿ha habido interes por buscar lo RTG que se iban a usar en el alunizaje del Apolo 13? Estos parecen que reposan en el lecho oceánico gran profundidad.

  8. Bieeeeeeeeeeeen

    No me gustaría morirme sin ver una nave explorando Titán (más ahora que el Cassini empieza, con su sobrevuelo de Rea, un largo adiós a Saturno y sus satélites).

    La vuelta de los RTG&derivados es una gran noticia.

  9. En otro post, Daniel había mencionado un material nuclear que sería cási como el santo grial de la energía nuclear, puesto que permite generar una buena cantidad de energía casi sin emisiones dañinas. Creo que era un isótopo de Americio, pero que se necesitan aceleradores de partículas para producirlo y el ritmo de producción no es redituable.

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Por Daniel Marín
Publicado el ⌚ 19 marzo, 2013
Categoría(s): ✓ Astronáutica • NASA • Sistema Solar • sondasesp