Plutonio-238, benzina per l’esplorazione spaziale

L’energia solare non sempre basta a garantire il funzionamento di una sonda spaziale. E più aumentano le dimensioni e gli strumenti a bordo, più aumenta il loro fabbisogno energetico. Curiosity, per esempio, è il primo rover a essere alimentato da una generatore nucleare: il decadimento di isotopi radioattivi genera calore, una parte del quale viene convertita in elettricità grazie all’effetto termoelettrico. Questo sistema di alimentazione è stato usato dalla NASA in molte altre missioni, dai Voyager al programma Apollo e alla missione New Horizons.

 

A secco

Da tempo però si sa che le scorte di Plutonio-238, il principale “carburante” necessario per questi generatori, stanno per finire. Gli Stati Uniti hanno cessato la produzione alla fine degli anni ’80, e dal 1993 hanno cominciato ad acquistarlo dalla Russia, l’unico altro paese a produrlo. A partire dal 2009 la Russia ha però cominciato a non rispettare le consegne agli Stati Uniti: non è chiaro se la produzione sia cessata anche in questo Paese, o se ci siano dietro (anche) ragioni politiche. In ogni caso, il Plutonio-238 a disposizione per la NASA è agli sgoccioli. 

 

Oak Ridge National Laboratory: riparte la produzione

Dei 35 kg di Plutonio-238 rimanenti, solo la metà può produrre abbastanza calore per far funzionare i generatori della NASA. Buona parte di questo plutonio finirà nel prossimo rover marziano con la missione Mars 2020, mentre quello che rimane alimenterà al massimo altre due missioni nel prossimo decennio. L’unica soluzione per la NASA era quindi che gli Stati Uniti riprendessero la laboriosa e costosa produzione del prezioso elemento, e così è stato. Il 22 dicembre scorso l’Oak Ridge National Laboratory (Tennessee, USA) del Department of Energy ha prodotto i primi 50 grammi di Plutonio-238 dopo oltre trent’anni.

Si tratta del primo traguardo dopo che due anni fa è stato finanziato il progetto della NASA per ricominciare la produzione statunitense. Il Plutonio-238 non è certamente facile da realizzare, e ha richiesto la collaborazione di diversi laboratori. L’elemento di partenza è il nettunio-237, conservato all’Idaho National Laboratory, che deve poi essere inviato a Oak Ridge. Qui l’ossido di nettunio è mischiato con alluminio e compresso in pastiglie ad altissima densità, che sono poi sottoposte a irraggiamento neutronico nel rettore sperimentale High Flux Isotope Reactor. In questo modo il nettunio-237 diventa nettunio-238, ma decade rapidamente nell’agognato plutonio-238.

Non è ancora finita: a questo punto il plutonio deve essere separato dal nettunio che non si è trasmutato e infine venire inviato al Los Alamos National Laboratory, dove rimane in attesa di essere destinato alla propria missione. La NASA e il Department of Energy ora prevedono di riuscire a produrre 300 – 400 grammi di plutonio-238 all’anno, ma una volta automatizzato il processo la produzione potrebbe arrivare a 1,5 kilogrammi l’anno. Per ricostituire più rapidamente le riserve sarà anche possibile miscelare il nuovo plutonio con le vecchie scorte che, a causa dell’età, sono qualitativamente insufficienti per produrre energia per le sonde.

Immagine in apertura: NASAJPL-CaltechMSSS – Panorama by Andrew Bodrov

Immagine box: By Department of Energy [Public domain], via Wikimedia Commons

Per la lezione

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