Americiu: Elementul care ar putea schimba modul în care oamenii cuceresc spațiul

(Dan Tri) - În urmă cu aproape o jumătate de secol, două nave spațiale Voyager au părăsit Pământul cu misiunea de a explora frontierele neatinse ale Sistemului Solar.

Chiar și astăzi, aflându-se la marginea spațiului interstelar, ele încă trimit semnale slabe, dar valoroase, în ciuda faptului că panourile lor solare au murit de mult și toate subsistemele lor au fost oprite unul câte unul.

Acea supraviețuire remarcabilă nu a provenit din magie sau science fiction, ci de la un obiect de mărimea unui coș de gunoi: un generator termoelectric cu radioizotopi (RTG), care folosește energia provenită din dezintegrarea plutoniului-238.

Cu un mecanism simplu, fără piese mobile, fără defecțiuni în timp, dar suficientă pentru a menține puterea timp de decenii, aceasta este puterea care a propulsat Voyager în istorie și a creat standardul de aur pentru energia spațială timp de decenii.

Însă plutoniul-238 nu este o resursă nelimitată. NASA este acum aproape în întregime dependentă de această producție limitată, în timp ce cererea de misiuni spațiale îndepărtate este în creștere.

Aceasta a deschis o nevoie urgentă de un nou combustibil care să poată înlocui sau cel puțin să completeze plutoniul.

Soluții la problema energetică pe termen lung a misiunilor interstelare

Iar numele care a atras multă atenție în ultima vreme este americiul, un element sintetic care a apărut în mod discret chiar în detectoarele de fum pe care multe gospodării le folosesc zilnic.

Un element cunoscut doar pentru rolul său în siguranța oamenilor în detectoarele de fum de uz casnic are acum șansa de a deveni cheia celei mai mari ambiții a omenirii (Foto: Andrew Magill).

Creat pentru prima dată în 1944 ca parte a Proiectului Manhattan, americiul-241 este un izotop cu un timp de înjumătățire de 432 de ani. Acesta este de cinci ori mai lung decât plutoniul-238, ceea ce îl face un candidat ideal pentru misiuni care durează nu decenii, ci secole sau chiar mai mult.

În special, americiul-241 nu trebuie produs de la zero. Se formează în mod natural în deșeurile nucleare atunci când plutoniul-241 se dezintegrează. Aceasta înseamnă că printre tonele de deșeuri nucleare depozitate în Regatul Unit și în multe alte țări, există o sursă de energie pe termen lung pentru industria spațială care așteaptă să fie exploatată.

Europa deschide calea către autonomia energetică spațială cu americiu RTG

Într-un sens mai larg, americiul oferă mai multe avantaje strategice. Europa s-a bazat mult timp pe plutoniul din Statele Unite și Rusia, ceea ce i-a limitat drastic planurile de explorare a spațiului cosmic.

Cu americiu, continentul ar putea deveni complet autosuficient din punct de vedere energetic, ar putea construi un lanț de aprovizionare independent și ar putea reduce riscurile geopolitice . În ultimul deceniu, Universitatea din Leicester, împreună cu Agenția Spațială Europeană (ESA) și Agenția Spațială din Regatul Unit, au testat continuu RTG-uri (generatoare termoelectrice cu radioizotopi) pe bază de americiu, cu scopul de a trimite elementul în spațiu pentru prima dată în următorii ani.

Desigur, americiul nu este perfect; americiul-241 produce doar aproximativ o cincime din căldura plutoniului-238, ceea ce înseamnă că RTG-urile ar trebui să fie mai mari și mai grele pentru a genera aceeași cantitate de energie.

Aceasta este o provocare majoră în proiectarea aerospațială, unde fiecare kilogram determină costul și operabilitatea.

Totuși, americiul își demonstrează superioritatea atunci când este utilizat pentru misiuni de putere redusă și cu durată de viață ultra-lungă, cum ar fi sonde interstelare, observatoare geologice de pe sateliți înghețați sau dispozitive despre care se așteaptă să plutească în spațiu timp de sute de ani fără intervenție umană.

Când viitoarele nave spațiale vor părăsi Pământul și se vor aventura în întunericul infinit, este probabil ca americiul să le ajute să continue să trimită înapoi semne de viață, chiar și după ce generațiile care le-au lansat nu vor mai exista (Foto: Livescience).

O altă abordare promițătoare este combinarea americiului cu tehnologia motorului Stirling, care poate converti căldura în electricitate cu o eficiență de până la 25%, mult mai mare decât cea de 5% a sistemelor termoelectrice tradiționale.

Dacă vor avea succes, motoarele RTG Stirling pe bază de americiu ar putea produce suficientă energie fără a crește semnificativ cantitatea de combustibil. Deși motoarele Stirling au componente mobile și au ridicat îngrijorări cu privire la fiabilitatea lor, proiectarea sistemului pentru a funcționa cu mai multe convertoare pentru redundanță deschide perspectiva rezolvării acestei probleme.

Studiile sunt încă în desfășurare, iar rezultatele inițiale sunt considerate pozitive.

Cheia misiunilor de secole

Când sunt puși alături de plutoniu, cei doi combustibili par a fi două filozofii diferite. Plutoniul este puternic, compact și oferă o energie ridicată, fiind potrivit pentru misiuni de mare putere. Între timp, americiul este durabil și are o longevitate superioară, fiind potrivit pentru misiuni în care timpul este esențial.

Nu este dificil să ne imaginăm un viitor în care ambii izotopi există unul lângă altul, servind scopuri diferite, dar conducând împreună omenirea spre orizonturi mai ample.

Chiar acum, NASA a propus o misiune îndrăzneață numită Interstellar Probe, cu scopul de a ajunge la o distanță de până la 150 de miliarde de kilometri de Pământ, dincolo de orice granițe atinse vreodată de oameni.

Pentru ca sondele să supraviețuiască timp de secole și să continue să transmită date acasă, americiul este aproape singura opțiune viabilă care îndeplinește cerința de longevitate. Într-un context mai larg, americiul ar putea servi nu numai explorării spațiului, ci și explorării adâncurilor marine, cercetării climatului polar sau să furnizeze energie stabilă zonelor îndepărtate.

Sonda spațială Voyager-1 (Foto: NASA).

În ciuda provocărilor legate de optimizarea puterii și a designului, este clar că americiul devine un simbol al unei noi ere. Această eră nu este definită de puterea explozivă pe care o demonstra odinioară plutoniul, ci de durabilitate, stabilitate și capacitatea de a funcționa în timp.

În universul rece și vast, unde orice tehnologie are limitele sale, factorul de durabilitate este cel care determină cu adevărat supraviețuirea unei nave spațiale.

Viitorul explorării spațiului, probabil, nu va fi determinat de cât de mari sunt rachetele, ci de ce fel de combustibil nuclear radiază în liniște căldură în interiorul navelor care traversează spațiul interstelar.

Americiul, cu puterea sa blândă, dar eternă, este gata să își asume acest rol.

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