La crisis del combustible nuclear de la NASA en el espacio profundo puede haber terminado, nueva tecnología: la producción anual de plutonio-238 aumentó 8 veces a 400 gramos

La razón por la que la nave espacial de la NASA puede realizar el vuelo espacial más largo y lejano en la historia de las naves espaciales humanas se debe principalmente a un elemento radiactivo creado por el hombre: el plutonio-238 (Pu-238). La NASA utiliza Pu-238 para impulsar sus misiones espaciales más ambiciosas, incluida New Horizons, que ha estado volando durante casi 13 años y actualmente se encuentra fuera de Plutón, y las Voyager 1 y 2, que han estado volando en el espacio interestelar durante 41 años. y la "Cassini" que observa Saturno desde hace 21 años.

Cuando el Pu-238 se desintegra radiactivamente y produce calor, un dispositivo llamado fuente de alimentación de radioisótopos convierte parte de esa energía en electricidad. El plutonio-238 tarda siglos en enfriarse, por lo que el uso de este sofisticado dispositivo podría permitir a la nave espacial estadounidense volar vigorosamente a través del universo durante décadas.

Pero el Pu-238, la fuente de energía de la nave espacial, está fabricado artificialmente y es uno de los materiales más raros y valiosos de la Tierra. Casi todo el plutonio-238 actual en Estados Unidos se fabricó durante la Guerra Fría y enfrenta una escasez de suministro. La cantidad restante de este material puede que sólo sea suficiente para las próximas tres misiones de exploración del espacio profundo de la NASA. Esto significa que la escasez de materiales podría limitar la futura exploración del espacio profundo de la NASA.

La NASA intentó abordar los problemas de disminución del suministro en la década de 1990, pero no fue hasta 2012 que la agencia y sus socios recibieron financiación para estudiar la construcción de una nueva cadena de suministro de Pu-238. La investigación, que cuesta alrededor de 20 millones de dólares al año, finalmente está comenzando a pasar de la fase de investigación a la de producción total.

Estados Unidos dice que un nuevo robot ayudará a crear una cadena de suministro confiable y a largo plazo para el plutonio-238. El Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee lideró el esfuerzo. Gracias a la aparición de este nuevo robot automatizado, identificaron un método viable para producir Pu-238, cuya producción se multiplicó por ocho en comparación con hace unos años. Los robots automatizados son el "siguiente paso crítico" para producir suficiente plutonio para satisfacer permanentemente las necesidades de la NASA. El Departamento de Energía de Estados Unidos espera satisfacer la demanda anual de la NASA de 1.500 gramos para 2025.

Oak Ridge produjo el primer lote de plutonio en décadas para la NASA en diciembre de 2015, pero era una cantidad muy pequeña, sólo 50 gramos. Pero es un testimonio de la capacidad del laboratorio para crear recetas y herramientas necesarias para realizar el trabajo. El hecho es que la antigua receta del plutonio-238 ya no funciona porque ningún país tiene el tipo de reactores de producción a gran escala utilizados durante la Guerra Fría. Esto ha obligado a los científicos a devanarse los sesos para idear un método de fabricación más moderno y seguro.

Se necesitan entre 28 y 36 meses para producir un lote de plutonio-238, y todo el proceso requiere una materia prima llamada neptunio-237. El neptunio-237 se tritura en pequeños gránulos, se desliza dentro de una funda de aluminio y luego se inserta en un reactor nuclear especial en el Laboratorio Oak Ridge llamado Reactor de Isótopos de Alto Flujo. Después de varios meses de reacción en la corriente de neutrones del núcleo del reactor, parte del neptunio-237 se convirtió en plutonio-238.

Después de que el extracto objetivo se enfría en un charco de agua durante varios meses, los trabajadores lo disuelven en ácido, separan químicamente el plutonio y el neptunio y refinan los dos materiales. El plutonio purificado se envía a la NASA para su almacenamiento y el neptunio purificado se reciclará.

Para producir más de unas pocas onzas de plutonio-238 al año, el equipo de investigación de Oak Ridge trabajó con personas del Departamento de Energía para crear una máquina automatizada de alta eficiencia adecuada para cámaras interiores de alta temperatura. Hicieron dos por si uno fallaba. El robot tiene un brazo multipropósito que puede realizar tareas repetitivas de manera más rápida y segura que los humanos. Puede tomar un embudo, colocarlo en un molde, verter cantidades previamente medidas de plutonio-237 y aluminio, presionarlo para formar gránulos y empaquetarlo en una bandeja. Luego, los trabajadores cargaron los gránulos en tubos y los insertaron en el reactor.

Oak Ridge Laboratory afirmó en un comunicado de prensa que se preparan para aumentar la producción anual hasta más de 400 gramos al año, un aumento de 8 veces. Este es un gran logro y un gran paso adelante. El proceso de producción es más eficiente y, por tanto, la escala de producción se puede ampliar considerablemente. La institución de investigación también confía en su producción anual de 1.500 gramos en el futuro, de modo que la NASA ya no tendrá que preocuparse por la falta de combustible nuclear en el espacio profundo en el futuro.