Americium: Elementet som kan förändra hur människor erövrar rymden

(Dan Tri) - För nästan ett halvt sekel sedan lämnade två Voyager-rymdfarkoster jorden med uppdraget att utforska solsystemets orörda gränser.

Än idag, stående på kanten av det interstellära rymden, skickar de fortfarande tillbaka svaga men värdefulla signaler, trots att deras solpaneler sedan länge har dött och alla deras delsystem har stängts av ett efter ett.

Den anmärkningsvärda överlevnaden kom inte från magi eller science fiction, utan från ett föremål av storleken av en soptunna: en radioisotoptermoelektrisk generator (RTG), som använder energi från sönderfallet av plutonium-238.

Med en enkel mekanism, inga rörliga delar, inga haverier över tid, men ändå tillräckligt för att bibehålla kraften i årtionden, är detta kraften som drev Voyager in i historien och skapade guldstandarden för rymdkraft i årtionden.

Men plutonium-238 är inte en obegränsad resurs. NASA är nu nästan helt beroende av denna begränsade produktion, medan efterfrågan på rymduppdrag ökar.

Detta öppnade upp ett akut behov av ett nytt bränsle som kunde ersätta, eller åtminstone komplettera, plutonium.

Lösningar på det långsiktiga energiproblemet för interstellära uppdrag

Och namnet som har fått mycket uppmärksamhet på sistone är americium, ett syntetiskt grundämne som tyst har dykt upp i just de rökdetektorer som många hushåll använder varje dag.

Ett element som endast är känt för sin roll i att hålla människor säkra i hushållsrökdetektorer har nu en chans att bli nyckeln till mänsklighetens största ambition (Foto: Andrew Magill).

Americium-241 skapades först 1944 som en del av Manhattanprojektet och är en isotop med en halveringstid på 432 år. Det är fem gånger längre än plutonium-238, vilket gör den till en idealisk kandidat för uppdrag som inte varar i årtionden, utan i århundraden eller mer.

Särskilt americium-241 behöver inte produceras från grunden. Det bildas naturligt i kärnavfall när plutonium-241 sönderfaller. Det innebär att bland de tonvis med kärnavfall som lagras i Storbritannien och många andra länder finns en långsiktig energikälla för rymdindustrin som väntar på att bli utnyttjad.

Europa banar väg för autonomi inom rymdenergi med RTG americium

Mer generellt erbjuder americium flera strategiska fördelar. Europa har länge förlitat sig på plutonium från USA och Ryssland, vilket kraftigt begränsat dess planer för rymdutforskning.

Med americium skulle kontinenten kunna bli helt självförsörjande på energi, bygga en oberoende leveranskedja och minska geopolitiska risker. Under det senaste decenniet har University of Leicester, tillsammans med Europeiska rymdorganisationen ESA och Storbritanniens rymdorganisation, kontinuerligt testat americium-RTG:er (radioisotoptermoelektriska generatorer) i syfte att skicka grundämnet ut i rymden för första gången under de kommande åren.

Naturligtvis är americium inte perfekt; americium-241 producerar bara ungefär en femtedel av värmen från plutonium-238, vilket innebär att RTG:er skulle behöva vara större och tyngre för att generera samma mängd energi.

Detta är en stor utmaning inom flyg- och rymddesign, där varje kilogram avgör kostnad och driftsäkerhet.

Americium visar dock sin överlägsenhet när det används för uppdrag med låg effekt och ultralång livslängd, såsom interstellära sonder, geologiska observatorier på iskalla satelliter eller enheter som förväntas driva i rymden i hundratals år utan mänsklig inblandning.

När framtida rymdfarkoster lämnar jorden och ger sig ut i det oändliga mörkret är det troligt att americium kommer att hjälpa dem att fortsätta skicka tillbaka tecken på liv, även efter att de generationer som sköt upp dem inte längre existerar (Foto: Livescience).

En annan lovande metod är att kombinera americium med Stirlingmotorteknik, som kan omvandla värme till elektricitet med upp till 25 procents effektivitet, mycket högre än de 5 procent som traditionella termoelektriska system har.

Om det lyckas skulle americiumbaserade Stirling-RTG-motorer kunna producera tillräckligt med kraft utan att öka mängden bränsle avsevärt. Även om Stirlingmotorer har rörliga delar och har väckt farhågor om deras tillförlitlighet, öppnar designen av systemet för att fungera med flera omvandlare för redundans upp möjligheten att lösa detta problem.

Försöken pågår fortfarande och de första resultaten anses vara positiva.

Nyckeln till århundraden långa uppdrag

När de placeras sida vid sida med plutonium framstår de två bränslena som två olika filosofier. Plutonium är kraftfullt, kompakt och levererar hög energi, vilket gör det lämpligt för högpresterande uppdrag. Samtidigt är americium hållbart och har en överlägsen livslängd, vilket gör det lämpligt för uppdrag där tid är av avgörande betydelse.

Det är inte svårt att föreställa sig en framtid där båda isotoperna existerar sida vid sida, tjänar olika syften men tillsammans leder mänskligheten till ytterligare horisonter.

Just nu har NASA föreslagit ett vågat uppdrag som kallas Interstellar Probe med målet att nå så långt som 150 miljarder kilometer från jorden, bortom alla gränser som människor någonsin har nått.

För att sonder ska överleva i århundraden och fortsätta att överföra data hem är americium nästan det enda gångbara alternativet som uppfyller kravet på lång livslängd. I ett bredare sammanhang skulle americium inte bara kunna användas för rymdutforskning , utan även för att stödja djuphavsutforskning, forskning om polarklimat eller förse avlägsna områden med stabil ström.

Voyager-1 rymdfarkost (Foto: NASA).

Trots utmaningarna med att optimera kraft och design är det tydligt att americium håller på att bli en symbol för en ny era. Denna era definieras inte av den explosiva kraft som plutonium en gång uppvisade, utan av hållbarhet, stabilitet och förmågan att fungera över tid.

I det kalla och vidsträckta universum, där all teknologi har sina begränsningar, är det hållbarhetsfaktorn som verkligen avgör en rymdfarkosts överlevnad.

Rymdutforskningens framtid kommer kanske inte att avgöras av hur stora raketerna är, utan av vilken typ av kärnbränsle som tyst utstrålar värme inuti de skepp som korsar det interstellära rymden.

Americium, med sin milda men eviga kraft, är redo att ta på sig den rollen.

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