Americium: het element dat de manier waarop mensen de ruimte veroveren zou kunnen veranderen

(Dan Tri) - Bijna een halve eeuw geleden verlieten twee Voyager-ruimtesondes de aarde met de missie om de ongerepte grenzen van het zonnestelsel te verkennen.

Zelfs nu nog, terwijl ze zich aan de rand van de interstellaire ruimte bevinden, zenden ze nog steeds zwakke maar waardevolle signalen uit, ondanks het feit dat hun zonnepanelen allang kapot zijn en hun subsystemen één voor één zijn uitgeschakeld.

Die opmerkelijke overleving kwam niet voort uit magie of sciencefiction, maar uit een object ter grootte van een vuilnisbak: een radio-isotopen thermo-elektrische generator (RTG), die energie gebruikt uit het verval van plutonium-238.

Met een eenvoudig mechanisme, geen bewegende onderdelen, geen storingen na verloop van tijd, maar toch voldoende om tientallen jaren van stroom te voorzien, is dit de kracht waarmee Voyager de geschiedenis in ging en die decennialang de gouden standaard voor ruimtevaartenergie vormde.

Maar plutonium-238 is geen onuitputtelijke bron. NASA is nu bijna volledig afhankelijk van deze beperkte productie, terwijl de vraag naar ruimtemissies toeneemt.

Hierdoor ontstond een dringende behoefte aan een nieuwe brandstof die plutonium kon vervangen of op zijn minst aanvullen.

Oplossingen voor het langetermijn-energieprobleem van interstellaire missies

De naam die de laatste tijd veel opduikt, is americium. Dit synthetische element is een fenomeen dat stilletjesaan opduikt in de rookmelders die veel huishoudens dagelijks gebruiken.

Een element dat alleen bekend is vanwege de rol die het speelt bij de veiligheid van mensen via rookmelders in huis, heeft nu een kans om de sleutel te worden tot het verwezenlijken van de grootste ambitie van de mensheid (Foto: Andrew Magill).

Americium-241, voor het eerst gecreëerd in 1944 als onderdeel van het Manhattan Project, is een isotoop met een halfwaardetijd van 432 jaar. Dat is vijf keer langer dan plutonium-238, waardoor het een ideale kandidaat is voor missies die niet decennia, maar eeuwen of langer duren.

Met name americium-241 hoeft niet helemaal opnieuw geproduceerd te worden. Het ontstaat op natuurlijke wijze in kernafval wanneer plutonium-241 vervalt. Dit betekent dat er tussen de tonnen kernafval die in het Verenigd Koninkrijk en vele andere landen zijn opgeslagen, een energiebron voor de ruimtevaartindustrie ligt die op lange termijn kan worden benut.

Europa baant de weg naar ruimte-energie-autonomie met RTG-americium

In bredere zin biedt americium verschillende strategische voordelen. Europa is al lange tijd afhankelijk van plutonium uit de Verenigde Staten en Rusland, wat de plannen voor diepe ruimteverkenning ernstig beperkt.

Met americium zou het continent volledig energie-zelfvoorzienend kunnen worden, een onafhankelijke toeleveringsketen kunnen opbouwen en geopolitieke risico's kunnen verminderen. De afgelopen tien jaar heeft de Universiteit van Leicester, samen met de Europese Ruimtevaartorganisatie ESA en de Britse ruimtevaartorganisatie, continu americium RTG's (radio-isotopen thermo-elektrische generatoren) getest, met als doel het element de komende jaren voor het eerst de ruimte in te sturen.

Americium is natuurlijk niet perfect; americium-241 produceert slechts ongeveer een vijfde van de warmte van plutonium-238. Dit betekent dat RTG's groter en zwaarder zouden moeten zijn om dezelfde hoeveelheid energie op te wekken.

Dit is een grote uitdaging in het ontwerp van lucht- en ruimtevaartapparatuur, waarbij elke kilogram de kosten en de bruikbaarheid bepaalt.

Americium is echter superieur bij missies met een laag vermogen en een extreem lange levensduur, zoals interstellaire sondes, geologische observatoria op ijzige satellieten of apparaten die honderden jaren in de ruimte moeten rondzweven zonder menselijke tussenkomst.

Wanneer toekomstige ruimtevaartuigen de aarde verlaten en de oneindige duisternis intrekken, is het waarschijnlijk dat americium hen zal helpen om tekenen van leven terug te sturen, zelfs nadat de generaties die ze lanceerden, niet meer bestaan ​​(Foto: Livescience).

Een andere veelbelovende aanpak is de combinatie van americium met Stirlingmotortechnologie. Daarmee kan warmte met een efficiëntie van maximaal 25 procent worden omgezet in elektriciteit. Dat is veel hoger dan de 5 procent van traditionele thermo-elektrische systemen.

Als ze succesvol zijn, zouden Stirling RTG's op basis van americium voldoende vermogen kunnen produceren zonder de hoeveelheid brandstof significant te verhogen. Hoewel Stirlingmotoren bewegende onderdelen hebben en tot twijfels over hun betrouwbaarheid hebben geleid, biedt het ontwerp van het systeem voor redundantie met meerdere converters de mogelijkheid om dit probleem op te lossen.

De proeven zijn nog steeds gaande en de eerste resultaten worden als positief beschouwd.

De sleutel tot eeuwenlange missies

Wanneer ze naast plutonium worden geplaatst, lijken de twee brandstoffen twee verschillende filosofieën. Plutonium is krachtig, compact en levert hoge energie, waardoor het geschikt is voor missies met een hoog vermogen. Americium is daarentegen duurzaam en heeft een superieure levensduur, waardoor het geschikt is voor missies waarbij tijd van essentieel belang is.

Het is niet moeilijk om je een toekomst voor te stellen waarin beide isotopen naast elkaar bestaan ​​en verschillende doeleinden dienen, maar samen de mensheid naar nieuwe horizonnen leiden.

NASA heeft nu een gedurfde missie voorgesteld die de naam Interstellar Probe krijgt. Het doel is om een ​​afstand van maar liefst 150 miljard kilometer van de aarde af te leggen, verder dan de grenzen die de mens ooit heeft bereikt.

Om sondes eeuwenlang te laten overleven en data naar huis te blijven verzenden, is americium vrijwel de enige haalbare optie die aan de duurzaamheidseis voldoet. In een bredere context zou americium niet alleen ruimtevaart kunnen ondersteunen, maar ook diepzeeonderzoek, poolklimaatonderzoek of het leveren van stabiele energie aan afgelegen gebieden.

Ruimtesonde Voyager-1 (Foto: NASA).

Ondanks de uitdagingen rond het optimaliseren van energie en ontwerp, is het duidelijk dat americium een ​​symbool wordt van een nieuw tijdperk. Dit tijdperk wordt niet bepaald door de explosieve kracht die plutonium ooit vertoonde, maar door duurzaamheid, stabiliteit en het vermogen om langdurig te functioneren.

In het koude en uitgestrekte heelal, waar elke technologie haar beperkingen heeft, is het de duurzaamheid die werkelijk bepaalt of een ruimtevaartuig kan overleven.

De toekomst van de ruimtevaart zal misschien niet bepaald worden door hoe groot de raketten zijn, maar door het soort kernbrandstof dat in stilte warmte uitstraalt in de schepen die de interstellaire ruimte doorkruisen.

Americium, met zijn zachte maar eeuwige kracht, is klaar om die rol op zich te nemen.

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