?

Log in

No account? Create an account

Previous Entry | Next Entry

Сегодня посмотрел фильм Марсианин (трейлер, книга). Но по теме блога меня там заинтересовал один сюжетный поворот. В какой-то момент для того, что бы поехать очень далеко по Марсу на ровере, Марк решает задачу обогрева по ночам (на Марсе температура может падать ночами до -80 С). Решил он ее положив себе в кабину что-то очень похожее на радиоизотопный генератор MMRTG, использованный в миссии Curiosity. В свою очередь MMRTG является практически половиной классических американских GPHS-RTG какие использовались на миссиях Galileo, Cassini, New Horizons . Сегодня мы разберемся, насколько опасно класть радиоизотопный генератор в свой ровер.


Как мы видим на картинке выше, с реальными РИТЭГ, которые были поставленны на Кассини обращаются довольно аккуратно - дозиметрия, щиты снижающие облучение персонала в помещении.

Что такое GPHS-RTG? Это модульный РИТЭГ, использующий тепло распада 238Pu для превращения его в электроэнергию его на полупроводниковом термоэлектрическом преобразователе. Впрочем, снаружи виден только радиатор, который работает холодным концом преобразователя.



В центре этого устройства установлены 18 квадратных General Purpose Heat Sorces - источников тепла общего назначения, собственно и содержащих плутоний.  Они в свою очередь устроены так:



2 таблетки (Fuel pellet), размером с крупный орех из оксида плутония (151 грамм оксида или ~116 грамм плутония), покрытые иридиевой оболочкой (о которой мы поговорим дальше) укладываются в цилиндрическую емкость из углерод-углеродного композита, служащей защитой на случай падения такого РИТЭГ на этапе выведения. Две такие емкости, в свою очередь упаковываются в один призматический блок из графита, который и является GHPS. Вес одного собранного блока 1,43 килограмма, и со свежим радионуклидом он вырабатывает 250 ватт тепла, разогреваясь в генераторе до 1000 С.


Собранный GHPS

Учитывая КПД примерно в 6%, в начале своей жизни GPHS-RTG вырабатывал примерно 300 электрических ватт рассеивая с радиатора ~4400 ватт. Для MMRTG эти цифры 125 и 2000 ватт. Через 14 лет после извлечения плутония из реактора мощность падает примерно на четверть. Самое интересное, что мощность падает не только из-за естественного распада изотопа, но и из-за деградации термопар. Как источник тепла, это устройство более привлекательна - 1,6% снижения тепловой мощности в год.

Что ж, 2 киловатта тепла выглядит обнадеживающими для Марка Уотни, поговорим теперь об опасностях.

238Pu - Хороший выбор для РИТЭГ. Он распадается в 234U с испусканием альфа-частицы с энергией ~5,5 МэВ. От альфа-частицы легко заэкранироваться - все они затормозятся еще в иридиевой оболочке топливной таблетки (иридий здесь нужен, что бы в любом случае, например при падении в тундру, противостоять радиационной коррозии). К сожалению, на пути к абсолютной нерадиоактивности нашего источника тепла стоят три препятствия:


  • Основной рабочий изотоп плутония распадается в U234, который порождает ряд радиоактивных изотопов, среди которых есть и гамма-эммитеры.

  • Плутониевые таблетки содержит другие, не столь дружественные с точки радиоактивного излучения изотопы - 236Pu,239Pu,241Pu и продукты из распада, например жесткий гамма-излучатель 208Ta. К сожалению, процесс производства (облучением мишений из другого радиоактивного изотопа - Нептуния 237 в реакторе) всегда сопровождается появлением этих паразитных изотопов. Лучшие образцы 238Pu содержат порядка 17% других изотопов.

  • Наконец, самое интересное. Энергичные альфа-частицы плутония взаимодействуют с кислородом (который содержится в оксиде плутония) и порождают через ядерные реакции с ним нейтронное излучение. Часть нейтронного излучения приходит и от самопроизвольного распада плутония (не альфа-распада, а развала на 2 части - как у урана в ядерной цепной реакции).

Все вместе дает для GPHS-RTG уровень радиации (или как правильнее это называется - мощность эквивалентной дозы) от 20 до 50 милирентген в час в разных направлениях на расстоянии метра. Этот уровень складывается из нейтронной и гамма радиации, причем доля последней для реальных РИТЭГов не так и велика - 5...10 мр/час.

Для MMRTG, который использует Уотни, уровни должны быть более чем в 2 раза ниже - порядка 8..20 мр/час. Причем, чисто теоретически, от нейтронной части можно заэкранироваться сантиметром-другим полиэтилена (лучше борированного). Даже в самом неудачном раскладе, при 20 мр/час, какой-то уровень, который может отразится на здоровье (100 рентген) герой "Марсианина" будет набирать 5000 часов, или порядка 202 сола (марсианских суток). С годами гамма-излучение от РИТЭГ будет расти, а нейтронное - падать, но эти изменения заметны на десятилетних периодах и не сильно влияют на общей уровень радиоактивности.


Впрочем, моделирование американских ядерщиков полей GPHS-RTG показывает, что контактно РИТЕГ может дать гораздо более опасные уровни в 1 и даже 5 рентген/час

Что ж, если вы попадете в схожую ситуацию - смело грейте салон своего ровера РИТЭГом, только обязательно убедитесь он наполнен Pu238 а не злобным бетта-эмиттером Sr90, как в отечественных наземных генераторах :).

P.S. Кстати, фильм вполне себе ничего, хотя для фанатов изначального, наполненного массой технических подробностей, текста уровень популяризации может быть разочаровывающим.

Comments

( 83 comments — Leave a comment )
Page 1 of 2
<<[1] [2] >>
(Deleted comment)
rrr2
Oct. 8th, 2015 09:49 pm (UTC)
Почти 5 киловатт - еще проветривать придется :-)
ins0mnis
Oct. 9th, 2015 03:56 am (UTC)
В книжке он теплоизоляцию отковыривал от ровера.
tnenergy
Oct. 8th, 2015 10:00 pm (UTC)
Кстати, несколько цитат из книжки про этот сюжетный момент :)

"...РИТЭГ — радиоизотопный термоэлектри-ческий генератор, большой ящик с плутонием. Но
не тем плутонием, который используется в ядерных бомбах. Нет, нет! Этот плутоний гораздо
опаснее.
Плутоний-238 — очень нестабильный изотоп. Он настолько радиоактивен, что сам по себе
раскаляется докрасна. Легко понять, что материал, который может буквально поджарить
радиацией яичницу, довольно опасен.
...РИТЭГ — крупный цилиндр с теплоотводами по всей поверхности. Я чувствовал
исходящий от него жар даже сквозь перчатки скафандра. Это пугает — без шуток! Особенно
когда знаешь, что источник тепла — радиация.
...Задаюсь вопросом, что бы сказало NASA насчёт моих вольностей с РИТЭГом. Скорее всего,
там все попрятались бы под своими столами, зажмурились от ужаса и закрылись
логарифмическими линейками!"
pz_true
Oct. 9th, 2015 02:33 am (UTC)
Книгу помню за день прочитал, без отрыва.
Вот размышляю идти в кино или не портить впечатление от книги?
ins0mnis
Oct. 9th, 2015 03:57 am (UTC)
Кино без особой отсебятины.
(no subject) - tnenergy - Oct. 9th, 2015 06:49 am (UTC) - Expand
(no subject) - kincajou - Oct. 9th, 2015 11:01 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rrr2 - Oct. 9th, 2015 03:32 pm (UTC) - Expand
(no subject) - pz_true - Oct. 10th, 2015 11:37 am (UTC) - Expand
max_andriyahov
Oct. 9th, 2015 03:29 am (UTC)
"Книга - лучше!" (тм)
bestysst
Oct. 9th, 2015 05:18 am (UTC)
"Как я провёл этим летом" российский фильм. Там чел согревался от такого РИТЕГа а потом весь облучился
так он еще и рыбу специально облучил, чтобы накормить ей начальника метеостанции:)

Edited at 2015-10-09 05:19 am (UTC)
tnenergy
Oct. 9th, 2015 06:51 am (UTC)
Рыбе от радиоизотопного генератора на стронции, что стояли на северных метеостанциях ничего не будет, не активируется она, только стерилизуется.
(no subject) - rrr2 - Oct. 9th, 2015 02:48 pm (UTC) - Expand
vlkamov
Oct. 9th, 2015 05:47 am (UTC)
Классная опечатка !
изотоп лутония
:-)
deadmanru
Oct. 9th, 2015 06:16 am (UTC)
>Кстати, фильм вполне себе ничего,

It might not launch at all. I did remove an engine, after all. I could
have fucked up all sorts of things during that process. And there’s no way
to test the ascent stage. Once you light it, it’s lit.

Everything else, however, will go through tests from now until launch.
Some done by me, some done remotely by NASA. They’re not telling me the
failure odds, but I’m guessing they’re the highest in history. Yuri
Gagarin had a much more reliable and safe ship than I do.

And Soviet ships were death traps. [*]

Я могу и не взлететь. В конце концов, я же снял двигатели. Я мог
проебаться в чём угодно когда это делал. А протестировать взлётный
модуль нет никакой возможности. Когда зажигание сработает, назад
дороги нет.

Всё остальное до старта пройдёт через проверки. Некоторые сделаю я,
другие удаленно проведет НАСА. Они мне не говорят вероятность отказа,
но догадываюсь, что она самая высокая в истории //космонавтики - emdrone//.
(Даже) у Юрия Гагарина был более надёжный и безопасный
корабль, чем у меня.

А советские корабли были летающими гробами [*]


США родина слонов, а за её пределами живут тупые дикари!
tnenergy
Oct. 9th, 2015 07:13 am (UTC)
Энди Вейр слега националист, да. Китайцы тоже показаны картонными болванчиками.
(no subject) - rst37_2 - Oct. 9th, 2015 09:57 am (UTC) - Expand
(no subject) - jr0 - Oct. 9th, 2015 02:54 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rst37_2 - Oct. 9th, 2015 08:00 pm (UTC) - Expand
(no subject) - jr0 - Oct. 9th, 2015 08:27 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rst37_2 - Oct. 9th, 2015 08:56 pm (UTC) - Expand
(no subject) - jr0 - Oct. 9th, 2015 09:04 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rst37_2 - Oct. 10th, 2015 09:12 am (UTC) - Expand
(no subject) - jr0 - Oct. 12th, 2015 07:50 am (UTC) - Expand
(no subject) - rst37_2 - Oct. 12th, 2015 10:09 am (UTC) - Expand
(no subject) - jr0 - Oct. 12th, 2015 10:43 am (UTC) - Expand
(no subject) - rst37_2 - Oct. 12th, 2015 12:45 pm (UTC) - Expand
(no subject) - jr0 - Oct. 12th, 2015 12:56 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rst37_2 - Oct. 12th, 2015 01:25 pm (UTC) - Expand
(no subject) - jr0 - Oct. 12th, 2015 01:54 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rst37_2 - Oct. 12th, 2015 07:05 pm (UTC) - Expand
(no subject) - jr0 - Oct. 12th, 2015 07:18 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rst37_2 - Oct. 12th, 2015 08:42 pm (UTC) - Expand
(no subject) - jr0 - Oct. 12th, 2015 08:58 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rst37_2 - Oct. 12th, 2015 09:42 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Ваня Сельский - Oct. 12th, 2015 12:30 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rst37_2 - Oct. 12th, 2015 07:07 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Oct. 12th, 2015 07:21 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rst37_2 - Oct. 14th, 2015 07:59 am (UTC) - Expand
(no subject) - rbs_vader - Oct. 9th, 2015 11:51 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rst37_2 - Oct. 10th, 2015 09:17 am (UTC) - Expand
(no subject) - rbs_vader - Oct. 10th, 2015 11:11 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rst37_2 - Oct. 11th, 2015 09:18 am (UTC) - Expand
(no subject) - rbs_vader - Oct. 11th, 2015 06:08 pm (UTC) - Expand
(no subject) - jr0 - Oct. 9th, 2015 02:53 pm (UTC) - Expand
Михаил Рябинин
Oct. 9th, 2015 07:03 am (UTC)
Спасибо что обратили внимание на вышеозначенную книгу и фильм. И то и другое достойно ознакомления.
В фильме, как правильно отметили другие комрады, мало отсебятины - он соответствует книге, насколько это возможно для 2 часового фильма.
Единственное различие - при чтении книги всегда остается ощущение что время течет медленно и Марк Уотни все время все перепроверяет и перепроверяет - ибо только так может выжить. Очень атмосферно описан взрыв в доме и выживание в шлюзе.
Фильм - напротив оставляет ощущение что все быстренько-быстренько происходит. Чик - чик - и Марк дома. Слабо показаны все приготовления проверки тесты и попытки, показаны только итоги как все удачно.
Кроме того в фильме слабо показан весь треш и "чад кутежа" который творился в НАСА и джет лаборатори в процессе разработки и реализации спасения.
Мне кажется что форма показа в виде сериала была бы просто идеальна для такого повествования - можно было бы забацать мега офигенный сериал - ведь описание каждого сола для Марка на марсе - тянет не на 1 серию по 45 минут.
Но тем не менее скажу что фильм - однозначно вин. Ридли Скотт в очередной раз доказал что снимать научную фантастику может.
ИМХО - смотреть в кинотеатре - занести денежку, того стоит.
Книгу читать в обязательном порядке. И Лучше ДО фильма.
ПС. Мэтт Деймон сиграл блестяще.

Edited at 2015-10-09 07:04 am (UTC)
tnenergy
Oct. 9th, 2015 08:40 am (UTC)
Спасибо за рецензию.
qa87
Oct. 9th, 2015 08:11 am (UTC)
1000 градусов! Ого! это можно налить туда воду, а получившимся паром крутить турбину с электромашинным преобразователем? КПД выше будет, чем у термопар?
tnenergy
Oct. 9th, 2015 08:28 am (UTC)
Можно, да. НАСА давно продвигает вариант РИТЭГ с двигателем стирлинга и с КПД 25%. Проблема только в том, что а) тяжелее, б) заметно менее надежно - в 30 летней миссии сложно ожидать, что стирлинг не сломается. в) механические возмущения на космических аппаратах не очень айс.
(no subject) - Михаил Рябинин - Oct. 9th, 2015 09:14 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Oct. 9th, 2015 09:24 am (UTC) - Expand
(no subject) - rrr2 - Oct. 9th, 2015 02:52 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Oct. 9th, 2015 04:20 pm (UTC) - Expand
(no subject) - rrr2 - Oct. 9th, 2015 04:34 pm (UTC) - Expand
(no subject) - Иван Петрофф - May. 24th, 2016 10:09 am (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - May. 24th, 2016 10:23 am (UTC) - Expand
(no subject) - rrr2 - May. 24th, 2016 04:04 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Oct. 9th, 2015 09:32 am (UTC) - Expand
yesdude
Oct. 9th, 2015 09:31 am (UTC)
спасибо, очень интересно.
ardelfi
Oct. 9th, 2015 10:43 am (UTC)
По результатам глубоких копаний в теме защиты кремния от нейтронов, могу добавить следующие печальные новости для марсианина. Полиэтилен захватывает нейтроны не только водородом, но и углеродом, что даёт С-14 со средней энергией беты 49кэВ. Даже для кремния это обосновывает многослойную защиту: [нейтроны] - полиэтилен (замедлитель n) - кадмий/гадолиний (поглотитель n) - вольфрам (поглотитель всего остального) - [защищаемый объект]. Основная толща защиты -- полиэтилен.
tnenergy
Oct. 9th, 2015 01:55 pm (UTC)
Ну тут задача снизить нейтронное излучение в 2-3 раза. C-14 при потоках в сотни нейтрон*c/см^2 наверное можно не принимать в расчет.

P.S. А почему кадмий-гадолиний, а не бор? Нейтроны не термализованные (у бора по тепловым выше сечение захвата всего, кроме Европия и емпни Гадолиния) что ли? Проблемы с габаритом?
(no subject) - ardelfi - Oct. 9th, 2015 02:35 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Oct. 9th, 2015 04:17 pm (UTC) - Expand
(no subject) - w0land - Oct. 10th, 2015 05:52 pm (UTC) - Expand
(no subject) - ardelfi - Oct. 10th, 2015 11:09 pm (UTC) - Expand
gray_bird
Oct. 9th, 2015 02:01 pm (UTC)

Временами задумываюсь, а чего не используют для защиты оптические решения?
сляпать линзу френеля и прятаться в зоне минимума.
Невозможно?

tnenergy
Oct. 9th, 2015 02:06 pm (UTC)
Линза френеля и вообще оптика для гамма-излучения - это нобелевка сразу. Остальное не такое проблемное.
(no subject) - gray_bird - Oct. 9th, 2015 03:04 pm (UTC) - Expand
(no subject) - tnenergy - Oct. 9th, 2015 04:01 pm (UTC) - Expand
(no subject) - kincajou - Oct. 9th, 2015 11:09 pm (UTC) - Expand
(no subject) - xray2 - Oct. 15th, 2015 09:32 am (UTC) - Expand
jr0
Oct. 9th, 2015 02:59 pm (UTC)
А вот французы хотят америций 241Am. Что изменится в вашем описании?

Спасибо, очень занятная тема.
tnenergy
Oct. 9th, 2015 04:03 pm (UTC)
Ну, с одной стороны это известный кандидат - период полураспада 433 года позволяет сделать девайс и забыть о снижении его мощности на столетия.

С другой стороны удельная тепловая мощность америция ожидаемо в 5 раз хуже, чем у плутония - его нужны даже не килограммы, а десятки килограмм. Но Am241 получается из довольно длительного распада Pu241 - т.е. его нельзя производить, его можно только добывать из ОЯТ. У французов с этим довольно хорошо, - Ла-Аг перерабатывает 1800 тонн ОЯТ, из которых можно получается 1-3 тонны в год Pu241. Если топливо старое, то в нем будет заметное содержание Am241 - десятки, может быть даже сотни грамм на тонну тяжелых металлов ОЯТ.

Если говорить про безопасность - то америций, конечно хуже. У него есть и своя гамма при распаде, а паразитные изотопы добавят еще. Учитывая возросшую массу материала - поля вырастут весьма заметно, может на пару порядков.
(no subject) - jr0 - Oct. 9th, 2015 04:24 pm (UTC) - Expand
dariez_navej
Oct. 9th, 2015 03:58 pm (UTC)
Не только на Марсе можно погреться РИТЭГом, в фильме "Как я провёл это лето" (или как-то так) герой греется ритэгом в заполярье))
Page 1 of 2
<<[1] [2] >>
( 83 comments — Leave a comment )

Profile

tnenergy
Ядерная энергия

Latest Month

November 2017
S M T W T F S
   1234
567891011
12131415161718
19202122232425
2627282930  
Powered by LiveJournal.com