RTG (generador termoeléctrico de radioisótopos ) es una fuente de electricidad de radioisótopos que utiliza la energía térmica liberada durante la descomposición natural de los isótopos radiactivos y la convierte en electricidad mediante un generador termoeléctrico .
En comparación con los reactores nucleares que utilizan una reacción en cadena , los RTG son mucho más pequeños y estructuralmente más simples. La potencia de salida del RTG es muy baja (hasta varios cientos de vatios ) con una baja eficiencia . Pero no tienen partes móviles, y no requieren mantenimiento a lo largo de toda su vida útil, que puede calcularse en décadas, por lo que pueden ser utilizados en el espacio para el funcionamiento de estaciones interplanetarias automáticas o en la Tierra para el funcionamiento de radiobalizas.
Los RITEG son aplicables como fuentes de energía para sistemas autónomos alejados de las fuentes de suministro de energía tradicionales y que requieren varias decenas a cientos de vatios con un tiempo de funcionamiento muy largo, demasiado largo para pilas de combustible o baterías .
Los RITEG son la principal fuente de suministro de energía en naves espaciales que realizan una misión larga y alejada del Sol (por ejemplo, Voyager 2 o Cassini-Huygens ), donde el uso de paneles solares es ineficiente o imposible.
El plutonio-238 en 2006, cuando se lanzó la sonda New Horizons a Plutón , encontró su uso como fuente de energía para equipos de naves espaciales [1] . El generador de radioisótopos contenía 11 kg de dióxido de 238Pu de alta pureza , produciendo una media de 220 W de electricidad durante todo el viaje ( 240 W al principio del viaje y, según los cálculos, 200 W al final) [2] [3] .
Las sondas Galileo y Cassini también estaban equipadas con fuentes de energía alimentadas con plutonio [4] . El rover Curiosity funciona con plutonio-238 [5] . El rover utiliza la última generación de RTG llamada generador termoeléctrico de radioisótopos de múltiples misiones . Este dispositivo produce 125 W de potencia eléctrica y, después de 14 años, 100 W [6] .
Se utilizaron varios kilogramos de 238 PuO 2 en algunos de los vuelos de Apolo para alimentar los instrumentos ALSEP . El generador de energía SNAP-27 ( Eng. Systems for Nuclear Auxiliary Power ), cuya potencia térmica y eléctrica era de 1480 W y 63,5 W , respectivamente, contenía 3,735 kg de dióxido de plutonio-238.
Los RITEG se utilizaron en balizas de navegación , radiobalizas , estaciones meteorológicas y equipos similares instalados en zonas donde, por razones técnicas o económicas, no es posible utilizar otras fuentes de energía. En particular, en la URSS se utilizaron como fuentes de energía para equipos de navegación instalados en la costa del Océano Ártico a lo largo de la Ruta del Mar del Norte . En la actualidad, debido al riesgo de fuga de radiación y materiales radiactivos, se ha detenido la práctica de instalar RTG sin supervisión en lugares de difícil acceso.
En los EE. UU., los RTG se utilizaron no solo para fuentes de energía terrestres, sino también para boyas marinas e instalaciones submarinas. Por ejemplo, en 1988 la URSS descubrió dos RTG estadounidenses junto a cables de comunicaciones soviéticos en el Mar de Ojotsk. Se desconoce el número exacto de RTG instalados por los EE. UU., Las estimaciones de organizaciones independientes indicaron 100-150 instalaciones en 1992 [7] .
El plutonio-236 y el plutonio-238 se han utilizado para fabricar baterías eléctricas atómicas, cuya vida útil alcanza los 5 años o más. Se utilizan en generadores de corriente que estimulan el corazón ( marcapasos ) [8] [9] . A partir de 2003, había entre 50 y 100 personas en los Estados Unidos con un marcapasos de plutonio [10] . Antes de la prohibición de la producción de plutonio-238 en Estados Unidos, se esperaba que su uso pudiera extenderse a los trajes de buzos y astronautas [11] .
Los materiales radiactivos utilizados en RTG deben cumplir con las siguientes características:
El plutonio-238 , el curio - 244 y el estroncio-90 son los isótopos más utilizados. También se han estudiado otros isótopos como polonio-210 , prometio - 147, cesio-137 , cerio - 144, rutenio - 106, cobalto-60 , curio-242 e isótopos de tulio . Por ejemplo, el polonio-210 tiene una vida media de solo 138 días con una enorme producción de calor inicial de 140 vatios por gramo. Americio -241 con una vida media de 433 años y una liberación de calor de 0,1 W/gramo [12] .
El plutonio-238 se usa con mayor frecuencia en naves espaciales. Desintegración alfa con una energía de 5,5 MeV (un gramo da ~ 0,54 W ). La vida media es de 88 años (pérdida de potencia del 0,78% por año) con la formación de un isótopo altamente estable 234 U. El plutonio-238 es un emisor alfa casi puro, lo que lo convierte en uno de los isótopos radiactivos más seguros con requisitos mínimos de protección biológica. Sin embargo, obtener un isótopo 238 relativamente puro requiere la operación de reactores especiales, lo que lo hace costoso [13] [14] .
Strontium-90 fue ampliamente utilizado en RTG terrestres de producción soviética y estadounidense. Una cadena de dos desintegraciones β da una energía total de 2,8 MeV (un gramo da ~0,46 W ). Vida media 29 años para formar 90 Zr estable . El estroncio-90 se obtiene a partir del combustible gastado de los reactores nucleares en grandes cantidades. El bajo costo y la abundancia de este isótopo determina su uso generalizado en equipos terrestres. A diferencia del plutonio-238, el estroncio-90 crea un nivel significativo de radiación ionizante de alta penetrabilidad, lo que impone exigencias relativamente altas a la protección biológica [14] .
Existe un concepto de RTG subcríticos [15] [16] . El generador subcrítico consta de una fuente de neutrones y un material fisionable. Los neutrones de la fuente son capturados por los núcleos del material fisionable y provocan su fisión. La principal ventaja de un generador de este tipo es que la energía liberada durante la reacción de fisión es mucho mayor que la energía de la desintegración alfa. Por ejemplo, para el plutonio-238, esto es aproximadamente 200 MeV frente a los 5,6 MeV liberados por este nucleido durante la desintegración alfa. En consecuencia, la cantidad requerida de sustancia es mucho menor. El número de desintegraciones y la actividad radiativa en términos de liberación de calor también son menores. Esto reduce el peso y las dimensiones del generador.
Durante la era soviética, se fabricaron 1007 RTG para operaciones en tierra. Casi todos ellos se fabricaron sobre la base de un elemento combustible radiactivo con el isótopo estroncio-90 (RIT-90). El elemento combustible es una fuerte cápsula soldada sellada, dentro de la cual hay un isótopo. Se produjeron varias variantes de RIT-90 con diferentes cantidades del isótopo [17] . El RTG estaba equipado con una o más cápsulas RHS, protección contra la radiación (a menudo basada en uranio empobrecido ), un generador termoeléctrico, un radiador de refrigeración, un recinto sellado y circuitos eléctricos. Tipos de RTG producidos en la Unión Soviética: [17] [18]
| Tipo de | Actividad inicial, kCi | Potencia térmica, W | Potencia eléctrica, W | Eficiencia, % | Peso, kg | Año de lanzamiento |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Éter-MA | 104 | 720 | treinta | 4.167 | 1250 | 1976 |
| IEU-1 | 465 | 2200 | 80 | 3.64 | 2500 | 1976 |
| UEI-2 | 100 | 580 | catorce | 2.41 | 600 | 1977 |
| Beta-M | 36 | 230 | diez | 4.35 | 560 | 1978 |
| Gong | 47 | 315 | Dieciocho | 5.714 | 600 | 1983 |
| Bocina | 185 | 1100 | 60 | 5.455 | 1050 | 1983 |
| IEU-2M | 116 | 690 | veinte | 2,899 | 600 | 1985 |
| Senostav | 288 | 1870 | - | - | 1250 | 1989 |
| IEU-1M | 340 | 2200 | 120 | 5.455 | 2100 | 1990 |
La vida útil de las instalaciones puede ser de 10 a 30 años , para la mayoría de ellas ha terminado. El RTG es un peligro potencial ya que está ubicado en un área deshabitada y puede ser robado y luego utilizado como una bomba sucia . Se registraron casos de desmantelamiento de RTG por cazadores de metales no ferrosos [19] , mientras que los propios ladrones recibieron una dosis letal de radiación [20] .
Actualmente, están siendo desmantelados y eliminados bajo la supervisión de la Agencia Internacional de Energía Atómica y con financiamiento de los Estados Unidos, Noruega y otros países [17] . A principios de 2011, se desmantelaron 539 RTG [21] . A partir de 2012, 72 RTG están en funcionamiento, 2 se pierden, 222 están almacenados, 32 están en proceso de desguace [22] [23] . Se operaron cuatro instalaciones en la Antártida [24] .
Ya no se fabrican nuevos RITEG con fines de navegación, sino que se instalan centrales eólicas y convertidores fotovoltaicos [20] , en algunos casos generadores diésel. Estos dispositivos se denominan AIP ( fuentes de energía alternativas ). Se componen de un panel solar (o aerogenerador), un juego de baterías libres de mantenimiento, una baliza LED (circular o pivotante), una unidad electrónica programable que establece el algoritmo de funcionamiento de la baliza.
En la URSS, los requisitos para RTG fueron establecidos por GOST 18696-90 “Generadores termoeléctricos de radionucleidos. Tipos y requisitos técnicos generales”. y GOST 20250-83 Generadores termoeléctricos de radionúclidos. Reglas de aceptación y métodos de ensayo.
Fuentes de datos: NPO Bellona [26] y OIEA [17]
| la fecha | Lugar | |
|---|---|---|
| 1983 marzo | Cabo Nutevgi , Chukotka | Daño severo al RTG en el camino al sitio de instalación. El hecho del accidente fue ocultado por el personal, descubierto por la comisión Gosatomnadzor en 1997. A partir de 2005, este RTG fue abandonado y permaneció en Cabo Nutevgi. A partir de 2012, todos los RTG se han eliminado del Okrug autónomo de Chukotka [27] . |
| 1987 | Cabo Low , Óblast de Sajalín | Durante el transporte, el helicóptero lanzó un RITEG del tipo IEU-1, que pertenecía al Ministerio de Defensa de la URSS, en el Mar de Ojotsk. A partir de 2013, el trabajo de búsqueda, de forma intermitente, continúa [28] . |
| 1997 | Dushanbe , Tayikistán | Tres RTG caducados fueron almacenados y desmontados por personas desconocidas en un almacén de carbón en el centro de Dushanbe, cerca de donde se registró un aumento del fondo gamma [29] . |
| 1997 agosto | Cabo María , Óblast de Sajalín | Durante el transporte, el helicóptero dejó caer en el Mar de Okhotsk un RITEG tipo IEU-1 No. 11, fabricado en 1995, que permaneció en el fondo a una profundidad de 25 a 30 m Diez años después, el 2 de agosto, 2007, el RTG fue levantado y enviado para su eliminación [30] [31] . Se realizó un examen externo y mediciones de radiación radiactiva. Los resultados del examen externo mostraron que la carcasa protectora no estaba dañada, los especialistas del RHBZ SG VMR concluyeron: el poder de la radiación gamma y la ausencia de contaminación radiactiva corresponden a la situación normal de radiación [32] .. |
| 1998 julio | Puerto de Korsakov , Óblast de Sajalín | En el punto de recogida de chatarra se encontró un RITEG desmontado perteneciente al Ministerio de Defensa de RF. |
| 1999 | región de leningrado | RITEG fue saqueado por cazadores de metales no ferrosos. Se encontró un elemento radiactivo (fondo cercano a -1000 R/h) en una parada de autobús en Kingisepp . |
| 2000 | Cabo Baranikha , Chukotka | El fondo natural cerca del aparato se superó varias veces debido a la falla del RITEG. |
| mayo de 2001 | Bahía de Kandalaksha , Óblast de Murmansk | Se robaron tres fuentes de radioisótopos de los faros de la isla, que fueron descubiertas y enviadas a Moscú. |
| febrero de 2002 | Georgia occidental | Cerca de la aldea de Liya, distrito de Tsalenjikha , los residentes locales encontraron dos RTG, que utilizaron como fuentes de calor y luego desmantelaron. Como resultado, varias personas recibieron altas dosis de radiación [33] [34] . |
| 2003 | Isla Nuneangan , Chukotka | Se estableció que la radiación externa del aparato superó los límites permisibles en 5 veces debido a deficiencias en su diseño. |
| 2003 | Isla Wrangel , Chukotka | Debido a la erosión de la costa, el RTG instalado aquí cayó al mar, donde fue arrastrado por el suelo. En 2011, fue arrojado a la costa por una tormenta. La protección contra la radiación del dispositivo no está dañada [35] . En 2012, se exportó desde el territorio del Okrug autónomo de Chukotka [27] . |
| 2003 | Cabo Shalaurova Izba , Chukotka | El fondo de radiación cerca de la instalación fue superado por un factor de 30 debido a una falla en el diseño del RITEG [36] . |
| marzo de 2003 | Pihlisaar , Óblast de Leningrado | RITEG fue saqueado por cazadores de metales no ferrosos. El elemento radiactivo fue arrojado sobre la capa de hielo. La cápsula caliente con estroncio-90, habiéndose derretido a través del hielo, se fue al fondo, el fondo cercano era de 1000 R/h. La cápsula pronto fue encontrada a 200 metros del faro. |
| 2003 agosto | Distrito de Shmidtovsky , Chukotka | La inspección no encontró RTG tipo Beta-M No. 57 en el sitio de instalación cerca del río Kyvekvyn ; Según la versión oficial, se asumió que el RTG fue arrastrado a la arena a raíz de una fuerte tormenta o que fue robado. |
| 2003 septiembre | Isla Golets , Mar Blanco | El personal de la Flota del Norte descubrió el robo del metal de protección biológica RTG en la Isla Golets. También se allanó la puerta del faro, donde se almacenaba uno de los RTG más potentes con seis elementos RIT-90, que no fueron sustraídos. |
| noviembre de 2003 | Bahía de Kola , Olenya Guba e Isla Goryachinsky del Sur | Dos RTG pertenecientes a la Flota del Norte fueron saqueados por cazadores de metales no ferrosos, y sus elementos RIT-90 se encontraron cerca. |
| 2004 | Priozersk , Kazajstán | Una situación de emergencia que ocurrió como resultado del desmantelamiento no autorizado de seis RTG. |
| marzo de 2004 | Con. Valentín , Primorsky Krai | Un RTG perteneciente a la Flota del Pacífico fue encontrado desmantelado, aparentemente por cazadores de metales no ferrosos. El elemento radiactivo RIT-90 se encontró cerca. |
| julio de 2004 | Norilsk | Se encontraron tres RTG en el territorio de la unidad militar, cuya tasa de dosis a una distancia de 1 m era 155 veces mayor que el entorno natural. |
| julio de 2004 | Cabo Navarin , Chukotka | Daños mecánicos en el cuerpo RTG de origen desconocido, lo que provocó la despresurización y la caída de parte del combustible radiactivo. La RTG de emergencia fue retirada para su disposición en 2007, las áreas afectadas del territorio adyacente fueron descontaminadas [37] . |
| septiembre de 2004 | Tierra de Bunge , Yakutia | Liberación de emergencia de dos RTG transportables desde un helicóptero. Como resultado del impacto en el suelo, se violó la integridad de la protección radiológica de los cascos, la tasa de dosis de radiación gamma cerca del lugar del impacto fue de 4 m Sv / h. |
| 2012 | Isla Lishni , Taimyr | En el sitio de instalación se encontraron fragmentos del RITEG del proyecto "Gong". Se supone que el dispositivo fue arrastrado al mar [24] . |
| 8 de agosto de 2019 | Polígono de Nyonoksa , región de Arkhangelsk | Según los informes de los medios, el incidente que cobró la vida de cinco personas ocurrió durante las pruebas de campo de un acelerador prometedor: un sistema de propulsión de combustible líquido, a bordo del cual se montaron "baterías" de radioisótopos [38] . |
