放射性同位元素ヒーターユニット

放射性同位元素加熱装置（RHU ）は、放射性崩壊によって熱を供給する小型装置である。^{[1]これらは小型}放射性同位元素熱電発電機（RTG）に似ており、通常は数グラムのプルトニウム238の崩壊から得られる約1ワットの熱を供給するが、他の放射性同位元素を使用することもできる。これらのRHUによって生成される熱は、数十年にわたって継続的に放出され、理論的には1世紀以上も放出される。^[2]

宇宙船では、RHU は他の部品を動作温度に保つために使用されますが、この温度は宇宙船の他の部分の温度とは大きく異なる場合があります。宇宙の真空では、直射日光が当たらない宇宙船のどの部分も非常に冷えてしまい、電子機器や精密な科学機器が故障してしまいます。RHU は、電気ヒーターなどの部品を暖かく保つ他の方法よりもシンプルで信頼性があります。^[2]

宇宙船の使用

月面探査機や火星表面探査機のほとんどは、熱源としてRHUを使用しています。これには、発電にRTGではなく太陽電池パネルを使用する探査機も多く含まれています。例としては、1969年にアポロ11号が月面に配備した地震計（1.2オンス（34グラム）のプルトニウム238を内蔵）や、マーズ・パスファインダー、火星探査ローバーのスピリットとオポチュニティなどがあります。^[3] RHUは、月面の2週間の夜が長く寒いため、特に役立ちます。

火星を越えるほぼすべての深宇宙ミッションでは、RHU と RTG の両方が使用されています。太陽からの放射量は太陽からの距離の 2 乗に比例して減少するため、宇宙船のコンポーネントを公称動作温度に保つには追加の熱が必要です。この熱の一部は制御しやすいため電気的に生成されますが、RTG は熱の数パーセントしか電気に変換せず、残りを宇宙に放出するため、電気ヒーターは RHU よりもはるかに効率が悪くなります。

土星に送られたカッシーニ・ホイヘンス宇宙船には、このユニットが 82 個搭載されていました (発電用のメイン RTG 3 台に加えて)。関連するホイヘンス探査機には 35 個搭載されていました。

ISROは、インド原子力庁（DAE）が開発した2つの放射性同位元素ヒーターユニットをチャンドラヤーン3号の推進モジュールに試験的に搭載し、問題なく動作した。^[4]

アイソトープ

NASAミッションの放射性同位体ヒーターユニットは、放射性半減期が87.7年であるため同位体の崩壊がミッション寿命を制限することはないことから、熱源の同位体としてプルトニウム238 ^{[3]を使用しています。同位体は}²³⁸ Pu 1グラムあたり0.57ワットの熱出力を生成します。^[5]

ESA のExoMars ロザリンド・フランクリン探査車は、アメリシウム 241 RHU を使用します。Am-241 の半減期は²³⁸ Pu の 5 倍で、それに伴って出力密度も低下します。

ソ連のミッションでは、ルノホート月面探査車で使用されたポロニウム210熱源など、他の同位体が使用されました。^[6]^[7]半減期が138.376日であるポロニウム210は、単位質量あたりの熱出力が大きいですが、短期間のミッションにしか適していません。ストロンチウム90も提案されています。^[7]

RHUとRTGの比較

RHU と放射性同位元素熱電発電機(RTG) はどちらも放射性同位元素の崩壊熱を利用しますが、熱から電気を生成するために必要な熱電対やヒートシンク/ラジエーターが省略されているため、RHU は一般的にかなり小型です。RHU と RTG はどちらも、打ち上げや再突入機の故障の際に放射性同位元素を安全に収容するための頑丈な耐熱ケースを備えています。1 ワットの RHU 1 台 (シールドを含む) の総質量は約 40 グラムです。熱電子発電機などの同様の方式も使用されています。

GPHS

米国エネルギー省は、主に宇宙での使用を目的とした汎用熱源(GPHS)を開発しました。これらの GPHS は、コンポーネントの加熱用に個別に、または最大 18 個のグループで使用できますが、主に RTG の熱源として使用されます。各 GPHS には、高さ 5 cm、10 cm 四方、重量 1.44 kg のイリジウム被覆 Pu-238 燃料ペレットが 4 つ含まれています。

参照

参考文献

^ NASA (2016). ラジオアイソトープヒーターユニット、NASAFacts。2022年6月23日閲覧。
^ ab 「エネルギー省の事実：放射性同位元素ヒーターユニット」（PDF）。米国エネルギー省、宇宙防衛電力システム局。1998年12月。2016年8月10日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2010年3月24日閲覧。
^ ab NASA、Thermal Systems。2022年6月23日閲覧。
^ Laxman, Srinivas (2023-12-29). 「原子力部門がインドの宇宙ミッションの原動力に：インド宇宙研究機関長官」The Times of India . ISSN 0971-8257 . 2023-12-29閲覧。
^ ミオトラ、デニス（2008年4月21日）。「プルトニウム238生産代替案の評価」（PDF）。www.energy.gov。3ページ。2020年9月21日閲覧。
^ Blair, Sean (2011年3月14日)。「ルノホートから学ぶローバー」、E&Tニュース。2022年6月23日閲覧。
^ ab Wang, Xiawa; Liang, Renrong; Fisher, Peter; Chan, Walker; Xu, Jun (2020). 「熱ベースの放射性同位元素発生器の重要な設計上の特徴：極地および宇宙向けの電力ソリューションのレビュー」。再生可能エネルギーおよび持続可能エネルギーレビュー。119：109572。doi ： 10.1016 /j.rser.2019.109572。hdl ：1721.1 /129634。S2CID 209776036。

外部リンク

NASA ラジオアイソトープ電力システムウェブサイト – RHU ページ
NASA のカッシーニミッションウェブサイトからの放射性同位元素ヒーターユニットのファクトシート

[1] NASA (2016). ラジオアイソトープヒーターユニット、NASAFacts。2022年6月23日閲覧。

[doe1-2] 「エネルギー省の事実：放射性同位元素ヒーターユニット」（PDF）。米国エネルギー省、宇宙防衛電力システム局。1998年12月。2016年8月10日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2010年3月24日閲覧。

[NASA_Thermal_Systems-3] NASA、Thermal Systems。2022年6月23日閲覧。

[4] Laxman, Srinivas (2023-12-29). 「原子力部門がインドの宇宙ミッションの原動力に：インド宇宙研究機関長官」The Times of India . ISSN 0971-8257 . 2023-12-29閲覧。

[5] ミオトラ、デニス（2008年4月21日）。「プルトニウム238生産代替案の評価」（PDF）。www.energy.gov。3ページ。2020年9月21日閲覧。

[6] Blair, Sean (2011年3月14日)。「ルノホートから学ぶローバー」、E&Tニュース。2022年6月23日閲覧。

[Wang-7] Wang, Xiawa; Liang, Renrong; Fisher, Peter; Chan, Walker; Xu, Jun (2020). 「熱ベースの放射性同位元素発生器の重要な設計上の特徴：極地および宇宙向けの電力ソリューションのレビュー」。再生可能エネルギーおよび持続可能エネルギーレビュー。119：109572。doi ： 10.1016 /j.rser.2019.109572。hdl ：1721.1 /129634。S2CID 209776036。