NeoFronteras

Se reinicia la producción de plutonio-238 para misiones espaciales.

Todos nos hemos quedado maravillados con los resultados que Cassini nos envía todavía desde Saturno y sus lunas o con las sorpresas que Plutón nos tenía reservadas y que ahora podemos desvelar gracias a la sonda New Horizons.

Sin embargo, todas estas proezas, las de las misiones Pioner, Voyager o Galileo, serían imposibles si no fuera por los generadores de radioisótopos (RTG). Estos consisten en unas pastillas radiactivas que despiden calor y unos pares termoeléctricos que producen electricidad a partir de la diferencia de temperatura que se consigue con el exterior. El rendimiento es muy bajo, pero este sistema permite producir energía durante muchos años allá donde los rayos del Sol son tan débiles que unos paneles solares serían inútiles.

Se les llama generadores de radioisótopos, pero sólo es usa uno: plutonio-238. Sin plutonio-238 (²³⁸Pu) no tendríamos imágenes de Plutón, ni de Encelado, ni de Titán o Tritón.
La tecnología RTG fue desarrollada en los sesenta del pasado siglo, en principio para usarlos en los marcapasos cardiacos. Todavía quedan 22 de estos marcapasos en servicio.

El plutonio-238 es un isótopo muy seguro que sólo emite radiación alfa y que no sirve para fabricar bombas atómicas. Decae en uranio-234 y luego se entra en una serie de desintegraciones hasta llegar a plomo 206. La radiación alfa no es penetrante y, por tanto, es seguro usar este sistema alimentar la electrónica de la nave y para las personas que lo manipulen. El proceso de desintegración genera energía en forma de calor de tal forma que un gramo emite una potencia calorífica de 0,5 vatios.

El plutonio 238 tiene una vida media de 87,7 años. Es decir, que si tenemos 100 gramos de este isótopo sólo nos quedará la mitad al cabo de ese periodo de tiempo.

Fue obtenido por primera vez por Glenn Seaborg y asociados en 1941 mediante el bombardeo de uranio-238 con deuterones para crear neptunio-328 que decae en ²³⁸Pu.
Pero sintetizar este isótopo por este método no era muy efectivo. Tampoco lo es su extracción de los residuos nucleares porque se encuentra en pequeña cantidad en ellos y es muy complicada su separación de otros isótopos de plutonio. Así que posteriormente se usó un sistema de irradiación por neutrones que emplea un reactor nuclear.

Sin embargo, los EEUU dejaron de producir ²³⁸Pu desde que la planta de Savannah River Plant de Carolina dejó de producirlo en los ochenta. Como consecuencia las reservas de este isótopo de este país han ido disminuyendo desde entonces, tanto por su uso en misiones espaciales como por su propia desintegración.

Varias misiones espaciales norteamericanas se han podido realizar recientemente gracias al plutonio (16,5 kilos) comprado a Rusia, como el que fue usado para el rover Oportunity. Pero parece que Rusia también dejó de producir ²³⁸Pu y sus reservas están muy bajas, aunque no hay seguridad al respecto de este punto.

China, sin embargo, ha comenzado recientemente la producción de este isótopo.
Pero la Unión Europea o la ESA no tienen capacidad para producir plutonio 238, por lo que Europa no puede enviar ninguna misión al Sistema Solar exterior. Aunque se ha especulado con la posibilidad de que Europa use americio en su lugar en algún momento del futuro.

En la actualidad los EEUU cuentan con sólo 35 kilogramos de ²³⁸Pu de los que sólo 17 kilos llegan a las especificaciones necesarias para misiones espaciales y que están reservados para la NASA. El resto es para el Pentágono. Estos 17 kilos sólo permitirían 2 o 3 misiones espaciales más, misiones que se podrían enviar en los años veinte de este siglo. Aunque podría emplearse mejor si es mezclado con plutonio-238 nuevo.

De todos modos, no hay ninguna misión de la NASA aprobada o planeada para el Sistema Solar exterior que salga antes de 2030 y que necesite de plutonio, pues Juice (misión a Júpiter) usará paneles solares.

Una de las razones por las que no se envían misiones al Sistemas Solar exterior podría ser la poca disponibilidad de este isótopo, pero fundamentalmente se debe a la escasez de visión, de ganas, de presupuesto y de derroche de dinero en misiones a Marte.

Esta situación de posible falta de plutonio para la NASA hizo saltar las alarmas hace un tiempo y hace dos años se decidió reiniciar su producción. El encargado de esto fue ORNL (Oak Ridge National Laboratory), que ya entonces produjo las primeras muestras.

La noticia de estos días es que en ORNL se han conseguido los primeros 50 gramos de ²³⁸Pu. Ahora se analizará su pureza y la eficacia del modelo de producción antes de escalar y automatizar el sistema de producción para así conseguir más cantidad al año.

En este caso se parte de neptunio-237 (uno de los pocos actínidos que se puede recuperar de los residuos nucleares o que puede ser obtenido por irradiación de americio) que es mezclado y prensado con aluminio para así obtener unas esferas compactas de alta densidad. Luego, estas bolas se irradian con neutrones gracias a un reactor nuclear de alto flujo. En el proceso se crea neptunio-238 que decae en ²³⁸Pu. Luego el neptunio es reciclado y el plutonio extraído y purificado para convertirse en óxido.

Si todo va bien el producto final será enviado a Los Alamos National Laboratory para su uso en las misiones espaciales.

En ORNL se conseguirá una producción inicial de 300 o 400 gramos al año. Una vez se automatice el proceso se espera llegar a los 1,5 kilos anuales de plutonio-238 que necesita la NASA.

La próxima misión en usar generadores de plutonio será el rover que se lanzará a Marte en julio de 2020, que buscará señales de vida y recolectará muestras que podrían ser enviadas a la Tierra.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Foto: ORNL.