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Plutonium-Batterie

Funktionsprinzip

Ein Radioisotopen-Thermogenerator, einfach Plutoniumbatterie, besteht aus einem radioaktiven Brennstoff, meist Plutonium 238, in den thermoelektrische Elemente, so genannte Bi-Metalle, eingelassen sind. Bi-Metall-Elemente liefern Strom, wenn sie erhitzt werden. Das strahlende Material Pu238 liefert diese Hitze ohne chemische oder nukleare Reaktionen bzw. Mechanik, einfach und ausschließlich durch den natürlichen Zerfall der schweren Atomkerne. Die unten abgebildete Batterie liefert etwa 300 Watt für die Raumsonde Cassini und besitzt eine Lebensdauer von mehr als 100 Jahren. Nach einer Halbwertszeit von etwa 85 Jahren werden immer noch etwa 100 Watt Leistung erzeugt.

Plutonium-RTG
Plutonium-Batterie (RTG, Radioisotopen-Thermogenerator, NASA)

Sicherheit

Der Brennstoff wird in der Batterie in einer hitzebeständigen, keramischen Form des Plutoniumdioxids verwendet. Dies verringert die Wahrscheinlichkeit des Verdampfens bei einem eventuellen unkontrollierten Wiedereintritt in die Atmosphäre. Der keramische Brennstoff ist des weiteren in hohem Grade unlöslich, besitzt eine niedrige chemische Reaktivität und zerbricht hauptsächlich in große, nicht-atemwegs-gängige Partikel und Klumpen. Diese Eigenschaften mindern die Gesundheitsgefährdung durch Freisetzung des Brennstoffs bei eventuellen Unfällen.

Daneben wird die Plutoniumoxid-Keramik in mehrere, kleine, voneinander isolierte modulare Einheiten aufgeteilt, die jeweils einen eigenen Hitzeschild besitzen. Dieses Design verringert die Wahrscheinlichkeit der Plutoniumfreisetzung bei einem Unfall, weil nicht zu erwarten ist, dass alle Module gleichmäßig von einer Havarie betroffen wären.

Darüber hinaus werden mehrfache Schichten schützender Materialien, einschließlich von Iridiumkapseln und hochfester Graphitblöcke benutzt, um den Brennstoff einzuschliessen und eine unbeabsichtigte Freisetzung zu verhindern. Iridium ist ein Metall mit sehr hohem Schmelzpunkt, das sehr korrosionsbeständig ist und mit Plutoniumdioxid chemisch nicht reagieren kann. Graphit wird benutzt, weil er kompakt und in hohem Grade hitzebeständig ist.

Stichworte: Thermoelement, Thermoelektrisches Element

(im Aufbau)


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