وحدة تسخين النظائر المشعة

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة
رسم تخطيطي لوحدة تسخين النظائر المشعة

وحدة التسخين بالنظائر المشعة ( RHU ) هي جهاز صغير يُنتج الحرارة من خلال التحلل الإشعاعي . [ 1 ] وهي تُشبه مولدات الطاقة الكهروحرارية الصغيرة بالنظائر المشعة (RTG)، وتُنتج عادةً حوالي واط واحد من الحرارة لكل منها، مُستمدة من تحلل بضعة غرامات من البلوتونيوم-238 ، مع إمكانية استخدام نظائر مشعة أخرى . وتُطلق هذه الوحدات الحرارة بشكل مستمر لعدة عقود، ونظريًا، لمدة تصل إلى قرن أو أكثر. [ 2 ]

في المركبات الفضائية، تُستخدم وحدات التسخين الإشعاعي للحفاظ على درجة حرارة المكونات الأخرى عند درجات حرارة التشغيل، والتي قد تختلف اختلافًا كبيرًا عن درجة حرارة أجزاء أخرى من المركبة. في فراغ الفضاء، أي جزء من المركبة لا يتعرض لأشعة الشمس المباشرة سيبرد لدرجة قد تؤدي إلى تعطل الأجهزة الإلكترونية أو الأدوات العلمية الدقيقة. وتُعد هذه الوحدات أبسط وأكثر موثوقية من الطرق الأخرى للحفاظ على دفء المكونات، مثل السخانات الكهربائية. [ 2 ]

استخدام المركبات الفضائية

صورة لوحدة RHU مفككة. تستخدم وحدات RHU نظير البلوتونيوم-238 لتوليد حوالي 1 واط من الحرارة لكل منها.

تستخدم معظم المركبات الفضائية القمرية والمريخية وحدات التسخين الإشعاعي لتوليد الحرارة، بما في ذلك العديد من المركبات التي تستخدم الألواح الشمسية بدلاً من مولدات الطاقة الحرارية النظائرية لتوليد الكهرباء. ومن الأمثلة على ذلك مقياس الزلازل الذي نشرته مهمة أبولو 11 على سطح القمر عام 1969، والذي احتوى على 34  غرامًا من البلوتونيوم-238؛ ومركبة مارس باثفايندر ؛ ومركبتا استكشاف المريخ سبيريت وأوبورتيونيتي . [ 3 ] وتُعد وحدات التسخين الإشعاعي مفيدة بشكل خاص على سطح القمر نظرًا لطول ليله وبرودته التي تستمر أسبوعين.

تستخدم جميع مهمات الفضاء البعيدة تقريبًا، التي تتجاوز المريخ، كلاً من وحدات التسخين الإشعاعي (RHUs) ومولدات الطاقة الحرارية الإشعاعية (RTGs). يتناقص الإشعاع الشمسي مع مربع المسافة من الشمس ، لذا يلزم توفير حرارة إضافية للحفاظ على مكونات المركبة الفضائية عند درجة حرارة التشغيل المثلى . يُنتج جزء من هذه الحرارة كهربائيًا لسهولة التحكم فيه، إلا أن السخانات الكهربائية أقل كفاءة بكثير من وحدات التسخين الإشعاعي، لأن مولدات الطاقة الحرارية الإشعاعية لا تحول سوى نسبة ضئيلة من حرارتها إلى كهرباء، وتُطلق الباقي في الفضاء.

احتوت المركبة الفضائية كاسيني -هويجنز التي أُرسلت إلى زحل على 82 وحدة من هذه الوحدات (بالإضافة إلى ثلاث مولدات طاقة حرارية نووية رئيسية لتوليد الطاقة). واحتوى مسبار هيجنز المرتبط بها على 35 وحدة.

تستخدم كل من مركبة الهبوط الصينية Chang'e 3 ، ومركبة Yutu الجوالة، ومركبة الهبوط Chang'e 4 ، ومركبة Yutu-2 ، 238RHU القائم على البلوتونيوم [ 4 ] [ 5 ] .

أدرجت منظمة أبحاث الفضاء الهندية (ISRO) وحدتين لتسخين النظائر المشعة طورتهما إدارة الطاقة الذرية الهندية (DAE) في وحدة الدفع الخاصة بمركبة تشاندرايان-3 على أساس تجريبي، وقد عملت هذه الوحدات بشكل مثالي. [ 6 ]

النظير

استخدمت وحدات التسخين بالنظائر المشعة في مهمات ناسا البلوتونيوم-238 [ 3 ] كمصدر للحرارة، نظرًا لأن عمر النصف الإشعاعي البالغ 87.7 عامًا يعني أن تحلل النظير لن يحد من عمر المهمة. ينتج هذا النظير 0.57 واط من الطاقة الحرارية لكل غرام من البلوتونيوم -238 . [ 7 ]

سيستخدم مسبار روزاليند فرانكلين التابع لوكالة الفضاء الأوروبية (ESA) ضمن مشروع إكسومارس وحدات طاقة مشعة من الأمريسيوم-241 . ويبلغ عمر النصف للأمريسيوم-241 خمسة أضعاف عمر النصف للبلوتونيوم -238 ، مما يؤدي إلى انخفاض مصاحب في كثافة الطاقة.

استخدمت البعثات السوفيتية نظائر أخرى، مثل البولونيوم-210 كمصدر حراري في مركبات لونوخود القمرية. [ 8 ] [ 9 ] يبلغ عمر النصف للبولونيوم-210 138.376 يومًا، مما يجعله ينتج طاقة حرارية أكبر لكل وحدة كتلة، ولكنه مناسب فقط للبعثات قصيرة المدة. كما تم اقتراح السترونتيوم-90 أيضًا. [ 9 ]

مقارنة بين وحدة التعقيم المركزي (RHU) ووحدة التعقيم المركزي (RTG).

بينما تستخدم كل من وحدات التسخين الإشعاعي (RHUs ) ومولدات الطاقة الكهروحرارية بالنظائر المشعة (RTGs) حرارة اضمحلال النظائر المشعة، فإن وحدات التسخين الإشعاعي أصغر حجمًا بشكل عام نظرًا لعدم احتوائها على المزدوجات الحرارية والمشتتات/المشعات اللازمة لتوليد الكهرباء من الحرارة. تتميز كل من وحدات التسخين الإشعاعي ومولدات الطاقة الكهروحرارية بالنظائر المشعة بأغلفة متينة مقاومة للحرارة لحماية النظير المشع في حالة تعطل مركبة الإطلاق أو مركبة العودة إلى الغلاف الجوي. تبلغ الكتلة الإجمالية لوحدة تسخين إشعاعي واحدة بقدرة واط واحد (بما في ذلك التدريع) حوالي 40 غرامًا. وقد استُخدمت أيضًا  أنظمة مماثلة، مثل المولدات الحرارية الأيونية .

GPHS

طورت وزارة الطاقة الأمريكية مصدر الحرارة متعدد الأغراض (GPHS) للاستخدام الفضائي بشكل أساسي. يمكن استخدام هذه المصادر بشكل فردي أو في مجموعات تصل إلى ثمانية عشر مصدرًا لتسخين المكونات، ولكنها تُستخدم بشكل رئيسي كمصدر حرارة لمولدات النظائر المشعة الحرارية (RTGs). يحتوي كل مصدر حرارة متعدد الأغراض على أربع كريات وقود من البلوتونيوم-238 مغلفة بالإيريديوم  ، يبلغ ارتفاعها 5 سم، وطولها 10  سم، ووزنها 1.44  كجم.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ناسا (2016). وحدات تسخين النظائر المشعة ، حقائق ناسا. تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يونيو 2022.
  2. 1 2 "حقائق وزارة الطاقة: وحدات تسخين النظائر المشعة" (ملف PDF) . وزارة الطاقة الأمريكية، مكتب أنظمة الطاقة الفضائية والدفاعية. ديسمبر 1998. مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 10 أغسطس 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 مارس 2010 .
  3. 1 2 ناسا، الأنظمة الحرارية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 يونيو 2022.
  4. ↑ "تشانغ إي-3 - مهمات الأقمار الصناعية" . earth.esa.int . وكالة الفضاء الأوروبية . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12 يونيو 2018 .
  5. ↑ الصين تسعى للوصول إلى الجانب البعيد من القمر. مؤرشف في 4 يناير 2019 على موقع Wayback Machine . (ملف PDF) IEEE.org. 2018.
  6. ↑ لاكسمان، سرينيفاس (29 ديسمبر 2023). "القطاع النووي مُهيأ لتزويد مهمات الفضاء الهندية بالطاقة: رئيس وكالة الفضاء الهندية" . صحيفة تايمز أوف إنديا . الرقم الدولي الموحد للدوريات 0971-8257 . تاريخ الاسترجاع: 29 ديسمبر 2023 . 
  7. ↑ ميوتلا، دينيس (21 أبريل 2008). "تقييم بدائل إنتاج البلوتونيوم-238" (ملف PDF) . www.energy.gov . ص 3. تاريخ الاطلاع: 21 سبتمبر 2020 . 
  8. ↑ بلير، شون (14 مارس 2011). " روفرز يتعلمون من لونوخود "، أخبار الهندسة والتكنولوجيا . تم الاطلاع عليه في 23 يونيو 2022.
  9. وانغ ، شياوا؛ ليانغ، رينرونغ؛ فيشر، بيتر؛ تشان، ووكر؛ شو، جون (2020). "الخصائص التصميمية الأساسية لمولدات النظائر المشعة الحرارية: مراجعة لحلول الطاقة للمناطق القطبية والفضاء". مجلة مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة . 119 109572. Bibcode : 2020RSERv.11909572W . doi : 10.1016/j.rser.2019.109572 . hdl : 1721.1 / 129634 . S2CID 209776036 . 
  • موقع ناسا لأنظمة الطاقة بالنظائر المشعة – صفحة RHU
  • ورقة حقائق وحدة تسخين النظائر المشعة من موقع مهمة كاسيني التابع لناسا