آمریکیوم: عنصری که می‌تواند نحوه فتح فضا توسط انسان‌ها را تغییر دهد

(دن تری) - تقریباً نیم قرن پیش، دو فضاپیمای وویجر با مأموریت کاوش در مرزهای بکر منظومه شمسی، زمین را ترک کردند.

حتی امروز، با وجود اینکه در مرز فضای بین ستاره‌ای ایستاده‌اند، هنوز سیگنال‌های ضعیف اما ارزشمندی ارسال می‌کنند، با وجود اینکه پنل‌های خورشیدی آنها مدت‌هاست که از کار افتاده‌اند و تمام زیرسیستم‌های آنها یکی پس از دیگری خاموش شده‌اند.

این بقای قابل توجه نه از جادو یا داستان علمی تخیلی، بلکه از جسمی به اندازه یک سطل زباله ناشی شده است: یک ژنراتور ترموالکتریک رادیوایزوتوپ (RTG)، که از انرژی حاصل از واپاشی پلوتونیوم-۲۳۸ استفاده می‌کند.

با یک مکانیزم ساده، بدون قطعات متحرک، بدون خرابی در طول زمان، و در عین حال کافی برای حفظ قدرت برای دهه‌ها، این همان قدرتی است که وویجر را به تاریخ پیوند داد و برای دهه‌ها استاندارد طلایی برای قدرت فضایی را ایجاد کرد.

اما پلوتونیوم-۲۳۸ یک منبع نامحدود نیست. ناسا اکنون تقریباً به طور کامل به این تولید محدود وابسته است، در حالی که تقاضا برای ماموریت‌های فضایی عمیق رو به افزایش است.

این امر نیاز فوری به سوخت جدیدی را ایجاد کرد که بتواند جایگزین پلوتونیوم شود یا حداقل آن را تکمیل کند.

راه‌حل‌هایی برای مشکل انرژی بلندمدت ماموریت‌های بین‌ستاره‌ای

و نامی که اخیراً سر و صدای زیادی به پا کرده، امریکیوم است، یک عنصر مصنوعی که بی‌سروصدا در آشکارسازهای دودی که بسیاری از خانوارها هر روز از آنها استفاده می‌کنند، ظاهر شده است.

عنصری که تنها به خاطر نقشش در حفظ امنیت افراد در آشکارسازهای دود خانگی شناخته می‌شود، اکنون این شانس را دارد که به کلید بزرگترین آرزوی بشریت تبدیل شود (عکس: اندرو مگیل).

آمریکایوم-۲۴۱ که اولین بار در سال ۱۹۴۴ به عنوان بخشی از پروژه منهتن ساخته شد، ایزوتوپی با نیمه عمر ۴۳۲ سال است. این پنج برابر بیشتر از پلوتونیوم-۲۳۸ است و آن را به کاندیدای ایده‌آلی برای ماموریت‌هایی تبدیل می‌کند که نه دهه‌ها، بلکه قرن‌ها یا بیشتر طول می‌کشند.

به طور خاص، نیازی نیست که آمریکیوم-۲۴۱ از ابتدا تولید شود. این عنصر به طور طبیعی در زباله‌های هسته‌ای هنگام واپاشی پلوتونیوم-۲۴۱ تشکیل می‌شود. این بدان معناست که در میان انبوه زباله‌های هسته‌ای ذخیره شده در بریتانیا و بسیاری از کشورهای دیگر، یک منبع انرژی بلندمدت برای صنعت فضایی وجود دارد که در انتظار بهره‌برداری است.

اروپا با RTG americium راه را برای استقلال انرژی فضایی هموار می‌کند

به طور کلی، آمریکیوم مزایای استراتژیک متعددی ارائه می‌دهد. اروپا مدت‌هاست که به پلوتونیوم ایالات متحده و روسیه متکی بوده و برنامه‌های خود را برای اکتشافات فضایی عمیق به شدت محدود کرده است.

با آمریکیوم، این قاره می‌تواند از نظر انرژی کاملاً خودکفا شود، یک زنجیره تأمین مستقل ایجاد کند و خطرات ژئوپلیتیکی را کاهش دهد. در طول دهه گذشته، دانشگاه لستر، به همراه آژانس فضایی اروپا (ESA) و آژانس فضایی بریتانیا، به طور مداوم در حال آزمایش RTGهای آمریکیوم (ژنراتورهای ترموالکتریک رادیوایزوتوپ) بوده‌اند و هدف آنها ارسال این عنصر به فضا برای اولین بار در سال‌های آینده است.

البته، آمریکیوم بی‌نقص نیست؛ آمریکیوم-۲۴۱ تنها حدود یک پنجم گرمای پلوتونیوم-۲۳۸ را تولید می‌کند، به این معنی که RTG ها باید بزرگتر و سنگین‌تر باشند تا همان مقدار انرژی را تولید کنند.

این یک چالش بزرگ در طراحی هوافضا است، جایی که هر کیلوگرم هزینه و قابلیت عملیاتی را تعیین می‌کند.

با این حال، آمریکیوم برتری خود را زمانی نشان می‌دهد که برای ماموریت‌های کم‌مصرف و فوق‌عمر مانند کاوشگرهای بین‌ستاره‌ای، رصدخانه‌های زمین‌شناسی روی ماهواره‌های یخی یا دستگاه‌هایی که انتظار می‌رود صدها سال بدون دخالت انسان در فضا شناور باشند، استفاده شود.

وقتی فضاپیماهای آینده زمین را ترک کنند و به تاریکی بی‌کران قدم بگذارند، احتمالاً آمریکیوم به آنها کمک خواهد کرد تا حتی پس از اینکه نسل‌هایی که آنها را پرتاب کرده‌اند دیگر وجود نداشته باشند، همچنان نشانه‌هایی از حیات را به زمین ارسال کنند (عکس: Livescience).

یک رویکرد امیدوارکننده دیگر، ترکیب آمریکیوم با فناوری موتور استرلینگ است که می‌تواند گرما را با راندمان تا ۲۵ درصد به برق تبدیل کند، که بسیار بالاتر از ۵ درصد سیستم‌های ترموالکتریک سنتی است.

در صورت موفقیت، موتورهای استرلینگ آر تی جی مبتنی بر آمریکیوم می‌توانند بدون افزایش قابل توجه مقدار سوخت، قدرت کافی تولید کنند. در حالی که موتورهای استرلینگ دارای قطعات متحرک هستند و نگرانی‌هایی در مورد قابلیت اطمینان آنها ایجاد شده است، طراحی سیستم برای کار با چندین مبدل برای افزونگی، چشم‌انداز حل این مشکل را باز می‌کند.

آزمایش‌ها هنوز ادامه دارد و نتایج اولیه مثبت ارزیابی شده است.

کلید ماموریت‌های چند صد ساله

وقتی این دو سوخت در کنار پلوتونیوم قرار می‌گیرند، به نظر می‌رسد که دو فلسفه متفاوت دارند. پلوتونیوم قدرتمند، جمع و جور و با انرژی بالا است که آن را برای ماموریت‌های پرقدرت مناسب می‌کند. در همین حال، آمریکیوم بادوام است و طول عمر بالایی دارد که آن را برای ماموریت‌هایی که زمان در آنها اهمیت دارد، مناسب می‌کند.

تصور آینده‌ای که در آن هر دو ایزوتوپ در کنار هم وجود داشته باشند، اهداف متفاوتی را دنبال کنند، اما در کنار هم بشریت را به افق‌های دورتری هدایت کنند، دشوار نیست.

در حال حاضر، ناسا یک ماموریت جسورانه به نام کاوشگر میان‌ستاره‌ای را پیشنهاد داده است که هدف آن رفتن به فاصله ۱۵۰ میلیارد کیلومتری از زمین، فراتر از هر مرزی است که بشر تاکنون به آن دست یافته است.

برای اینکه کاوشگرها بتوانند قرن‌ها دوام بیاورند و به ارسال داده‌ها به خانه ادامه دهند، آمریکیوم تقریباً تنها گزینه‌ی مناسبی است که نیاز به طول عمر را برآورده می‌کند. در یک زمینه‌ی وسیع‌تر، آمریکیوم نه تنها می‌تواند به اکتشافات فضایی کمک کند، بلکه می‌تواند از اکتشافات در اعماق دریا، تحقیقات آب و هوای قطبی یا تأمین انرژی پایدار برای مناطق دورافتاده نیز پشتیبانی کند.

فضاپیمای وویجر-۱ (عکس: ناسا).

با وجود چالش‌های بهینه‌سازی قدرت و طراحی، واضح است که آمریکیوم در حال تبدیل شدن به نمادی از یک دوره جدید است. این دوره با قدرت انفجاری که پلوتونیوم زمانی از خود نشان می‌داد، تعریف نمی‌شود، بلکه با دوام، پایداری و توانایی عملکرد در طول زمان تعریف می‌شود.

در کیهان سرد و پهناور، جایی که هر فناوری محدودیت‌های خود را دارد، عامل دوام است که واقعاً بقای یک فضاپیما را تعیین می‌کند.

شاید آینده اکتشافات فضایی با بزرگی موشک‌ها تعیین نشود، بلکه با نوع سوخت هسته‌ای که بی‌سروصدا گرما را درون فضاپیماهایی که در فضای بین ستاره‌ای در حرکت هستند، منتشر می‌کند، تعیین شود.

آمریکیوم، با قدرت ملایم و در عین حال جاودانه‌اش، آماده است تا این نقش را بر عهده بگیرد.

منبع: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/americium-nguyen-to-co-the-thay-doi-cach-loai-nguoi-chinh-phuc-khong-giant-20251125154617659.htm