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放射性同位体熱電発電機（RTG、RITEG）、または放射性同位体発電システム（RPS）は、適切な放射性物質の崩壊によって放出される熱を、ゼーベック効果によって電気に変換する熱電対アレイを使用する原子力電池の一種です。このタイプの発電機は可動部品がなく、部品の摩耗や故障のリスクがないため、遠隔地や過酷な環境に長期間設置するのに最適です。
RTGは通常、燃料電池、バッテリー、発電機では経済的に供給するには長すぎる時間、数百ワット（またはそれ以下）の電力を必要とするメンテナンス不要の状況や、太陽電池が実用的でない場所で、最も望ましい電源です。RTGは、衛星、宇宙探査機、およびソビエト連邦が北極圏内に建設した一連の灯台などの無人遠隔施設の電源として使用されてきました。[ 1 ] [ 2 ]
RTGを安全に使用するには、装置の稼働寿命終了後も放射性同位元素を適切に封じ込める必要がある。RTGは高価であるため、その使用は稀な特殊な状況におけるニッチな用途に限られる傾向がある。
RTGは1954年にマウンド研究所の科学者ケネス（ケン）C.ジョーダン（1921–2008）とジョン・バーデン（1918–2011）によって発明されました。[ 3 ] [ 4 ]彼らは2013年に全米発明家殿堂入りしました。 [ 5 ] [ 6 ]ジョーダンとバーデンは1957年1月1日から陸軍通信隊の契約（R-65-8-998 11-SC-03-91）に基づいて、ポロニウム210を熱源として熱を電気エネルギーに直接変換するのに適した放射性物質と熱電対の研究を行いました。RTGは1950年代後半に米国で、米国原子力委員会との契約に基づいてオハイオ州マイアミスバーグのマウンド研究所によって開発されました。このプロジェクトはバートラムC.ブランケ博士が率いました。[ 7 ]
米国が初めて宇宙に打ち上げた放射性同位体熱電発電機（RTG）は、 1961年に海軍のトランジット4A宇宙船に搭載されたSNAP 3Bで、96グラムのプルトニウム238金属を動力源としていた。地上でのRTGの最初の利用例の一つは、1966年にアラスカ州の無人基地フェアウェイロックで米海軍によって行われた。RTGはこの基地で1995年まで使用された。
RTGの一般的な用途は、宇宙船の電源供給です。RTGの設計は数世代にわたり、太陽から遠く離れた場所を飛行する探査機に使用されてきました。そのため、太陽電池パネルは実用的ではありません。RTGは、パイオニア10号と11号、ボイジャー1号と2号、ガリレオ、ユリシーズ、カッシーニ、ニューホライズンズに使用され、タイタンへのドラゴンフライミッションにも計画されています。RTGは、2機のバイキング着陸船の電源としても、またアポロ12号から17号の乗組員が月に残した科学実験装置（SNAP 27）の電源としても、太陽電池パネルの代わりに使用されました。アポロ13号の月面着陸は中止されたため、そのRTGは南太平洋のトンガ海溝付近に沈んでいます。[ 8 ]火星探査車キュリオシティとパーセベランスの設計では、以前の世代の探査車で使用されていた太陽光発電オプションよりも着陸地点の柔軟性が高く、寿命が長いRTGが採用されました。 [ 9 ] [ 10 ] RTGはニンバス、トランジット、LES衛星にも使用されました。これに対し、本格的な原子炉を使用して打ち上げられた宇宙機は、ソ連のRORSATシリーズとアメリカのSNAP-10Aのごく少数だけです。
宇宙船に加えて、ソビエト連邦は1980年代後半までに、ソビエト北極沿岸の無人灯台や航路標識に電力を供給するために1,007基のRTG [ 11 ]を建造した。 [ 11 ] [ 12 ]ソビエト連邦では、さまざまな目的のために、さまざまなタイプのRTG（ベータM型を含む）が建造された。 1991年のソビエト連邦崩壊後、灯台は長年維持されなかった。 この間に、略奪や氷/嵐/海の自然力によって、RTGユニットの一部が消失した。[ 11 ] 1996年、ロシアと国際的な支援者によって灯台のRTGを廃止するプロジェクトが開始され、2021年までにすべてのRTGが撤去された。[ 11 ]
1992年現在、アメリカ空軍も遠隔地の北極圏機器の電源としてRTGを使用しており、米国政府は世界中の遠隔地の観測所の電源として数百台のRTGを使用している。主にアラスカに設置されているTop-ROCCおよびSEEK IGLOOレーダーシステムのセンシングステーションはRTGを使用している。これらのユニットはストロンチウム90を使用しており、宇宙船で使用されているものよりも地上および海底に配備されているユニットの数の方が多く、公開されている規制文書によると、米国は1970年代と1980年代に少なくとも100～150台を配備していたことが示唆されている。[ 13 ]
過去には、非常に長い「バッテリー寿命」を確保するために、埋め込み型心臓ペースメーカーに小型の「プルトニウムセル」（非常に小型の238プルトニウム駆動RTG）が使用されていた。 [ 14 ] 2004年現在約90台がまだ使用されていました。2007年末までに、その数はわずか9台にまで減少したと報告されています。[ 15 ]マウンド研究所の心臓ペースメーカープログラムは、NUMECと共同で1966年6月1日に開始されました。[ 16 ] 1972年に、熱源が火葬中にそのままの状態を維持できないこと、また、ユニットが使用者の遺体と一緒に火葬されないことを完全に保証する方法がないことが認識されたため、このプログラムは中止されました。
RTGの設計は原子力技術の基準からすると単純です。主な構成要素は放射性物質（燃料）の頑丈な容器です。容器の壁には熱電対が配置され、各熱電対の外側の端はヒートシンクに接続されています。燃料の放射性崩壊によって熱が発生します。燃料とヒートシンクの温度差によって熱電対が発電します。[ 17 ] [ 18 ]
熱電対は、ゼーベック効果を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに直接変換できる熱電素子です。2種類の金属または半導体材料で構成されており、これらを閉回路で接続し、2つの接合部の温度が異なると、回路内に電流が流れます。通常、より高い電圧を発生させるために、多数の熱電対を直列に接続します。
RTGと核分裂炉は、全く異なる核反応を利用します。原子力発電炉（宇宙で使用される小型原子炉を含む）は、連鎖反応で制御された核分裂を行います。反応速度は中性子吸収制御棒で制御できるため、需要に応じて出力を変化させたり、メンテナンスのために（ほぼ）完全に停止したりすることができます。しかし、危険なほど高い出力レベルでの制御不能な運転、さらには原子力事故を避けるために注意が必要です。RTGでは連鎖反応は起こりません。熱は、燃料同位体の量とその半減期のみに依存する、調整不可能で着実に減少する速度での自発的な放射性崩壊によって発生します。RTGでは、熱発生を需要に応じて変化させたり、必要のないときに停止したりすることはできず、電力消費を削減して後で使用するためにエネルギーを節約することもできません。したがって、ピーク需要を満たすために補助電源（充電式バッテリーなど）が必要になる場合があり、宇宙ミッションの打ち上げ前や飛行初期段階を含め、常に適切な冷却を提供する必要があります。 RTGでは、核メルトダウンや爆発といった大規模な事故は起こり得ませんが、ロケットが爆発したり、装置が大気圏に再突入して分解したり、地上のRTGが嵐や季節的な氷によって損傷したり、破壊行為を受けたりした場合には、放射能汚染のリスクが依然として存在します。
プルトニウム238の不足のため、亜臨界反応を利用した新しいタイプのRTGが提案されている。[ 19 ]このタイプのRTGでは、放射性同位体からのアルファ崩壊も、ベリリウムなどの適切な元素とのアルファ中性子反応に利用される。このようにして、長寿命の中性子源が生成される。システムの臨界度は1に近いが1未満、つまりKeff < 1であるため、亜臨界増倍が達成され、中性子バックグラウンドが増加し、核分裂反応からエネルギーが生成される。RTGで生成される核分裂の数は非常に少ない（ガンマ線は無視できる）が、各核分裂は各アルファ崩壊よりも30倍以上多くのエネルギーを放出するため（6 MeVに対して200 MeV ）、最大10%のエネルギー利得が達成可能であり、これはミッションごとに必要な238Puの削減につながる。このアイデアは、2012年にNASAの年次NSPIREコンペティションに提案され、2013年にアイダホ国立研究所の宇宙核研究センター（CSNR）で実現可能性の研究へと発展した。[ 20 ]しかし、基本的な部分は変更されていない。
RTGは、現実的な星間前駆ミッションや星間探査機での使用が提案されている。[ 21 ]その一例が、NASAの革新的星間探査機（2003年～現在）の提案である。 [ 22 ]この種のミッションには、2002年に241Amを使用したRTGが提案された。[ 21 ]これは、 241Amが238Puよりもゆっくりと崩壊するため、星間探査機でのミッションを最大1000年まで延長するのに役立つ可能性がある。[ 21 ]この研究では、ワット/グラム、半減期、崩壊生成物などの特性を調べて、RTG用の他の同位体も検討された。[ 21 ] 1999年の星間探査機の提案では、3つの先進的な放射性同位体電源（ARPS）の使用が提案された。[ 23 ] RTGの電力は、探査機上の科学機器の電源や地球との通信に使用できる。[ 21 ]あるミッションでは、イオンエンジンを動かすために電気を使用することが提案され、この方法は放射性同位体電気推進（REP）と呼ばれた。[ 21 ]
自己誘導静電場に基づく放射性同位体熱源の出力増強が提案されている。[ 24 ]著者らによると、ベータ線源を使用すれば5～10%の増強が達成可能だという。
一般的なRTGは放射性崩壊を動力源とし、熱電変換によって電気を生成しますが、知識を深めるために、その概念に若干のバリエーションを加えたシステムもいくつか紹介します。
既知の宇宙船/原子力発電システムとその運命。システムはさまざまな運命をたどります。たとえば、アポロのSNAP-27は月に残されました。[ 25 ]他の宇宙船にも小型の放射性同位体ヒーターが搭載されています。たとえば、火星探査ローバーにはそれぞれ1ワットの放射性同位体ヒーターが搭載されています。宇宙船はさまざまな量の物質を使用します。たとえば、MSLキュリオシティに は4.8kgの二酸化プルトニウム238が搭載されています。[ 26 ]
**厳密には RTG ではなく、BES-5 Buk ( БЭС-5 ) 原子炉は半導体ベースの熱電対を使用して熱を直接電気に変換する高速原子炉でした[ 31 ] [ 32 ]
*** SNAP-10A は実際には RTG ではなく、濃縮ウラン燃料、減速材として水素化ジルコニウム、液体ナトリウムカリウム合金冷却材を使用し、ベリリウム反射材で活性化または非活性化されました[ 30 ]原子炉の熱は、発電用の熱電変換システムに供給されました。[ 30 ]
****厳密には RTG ではなく、ASRG は放射性同位元素で動作するスターリング発電装置を使用しています (スターリング放射性同位元素発電機を参照)。
RTGで使用される放射性物質は、いくつかの特性を備えている必要があります。[ 38 ]
最初の2つの基準は、核種表全体の中で可能な燃料の数を30未満の核種に制限します[ 38 ]。
プルトニウム238、キュリウム244、ストロンチウム90、そして最近ではアメリシウム241が最もよく挙げられる候補同位体だが、1950年代初頭には約1300の同位体のうちさらに43が検討されていた。[ 7 ]
以下の表は、純粋な材料の出力密度ではなく、化学的に不活性な形態の出力密度を示しています。アクチニドの場合、酸化物は通常十分に不活性であるため（さらに安定性を高めるためにセラミックスに変換することもできます）、これはあまり問題になりませんが、セシウムやストロンチウムなどのアルカリ金属やアルカリ土類金属の場合は、比較的複雑で重い化学化合物を使用する必要があります。たとえば、ストロンチウムは一般的にRTGでチタン酸ストロンチウムとして使用され、モル質量が約2倍になります。さらに、供給源によっては、同位体純度が得られない場合があります。使用済み核燃料から抽出されたプルトニウムにはPu-238の割合が低いため、RTGで使用するプルトニウム-238は通常、ネプツニウム-237の中性子照射によって特別に製造され、コストがさらに高くなります。核分裂生成物中のセシウムは、Cs-135とCs-137がほぼ等量で、さらに安定同位体のCs-133が相当量、そして「若い」使用済み燃料には短寿命のCs-134が含まれています。コストと時間がかかる同位体分離を避けるには、これも考慮に入れる必要があります。歴史的にRTGはかなり小型でしたが、理論的にはRTGがメガワット級の熱出力に達することを妨げるものはありません。ただし、このような用途では、アクチニドはより軽い放射性同位体よりも適していません。なぜなら、臨界質量が、そのような量の電力を生成するために必要な質量より桁違いに小さいからです。Sr-90、Cs-137、およびその他のより軽い放射性核種は、いかなる状況下でも核連鎖反応を維持できないため、十分な量の材料を生産できれば、任意のサイズと出力のRTGを組み立てることができます。しかしながら、一般的に、このような大型RTGの潜在的な用途は、小型モジュール式原子炉、マイクロリアクター、または非原子力電源の領域に属することが多い。
プルトニウム238は半減期が87.7年、出力密度が1グラムあたり0.57ワットと妥当な値であり[ 39 ]、ガンマ線と中性子線のレベルが非常に低い。238Puは遮蔽要件が最も低い。最後の基準を満たす候補同位体は3つだけであり（上記にすべて記載されているわけではない）、放射線を遮断するために25mm未満の鉛遮蔽が必要となる。238Pu （これら3つの中で最も優れている）は2.5mm未満で済み、 多くの場合、238Pu RTGではケーシング自体が十分なため遮蔽は不要である。238Pu は、酸化プルトニウム(IV)（PuO2 ）の形で、RTGの燃料として最も広く使用されるようになった。[ 40 ]
しかし、天然に酸素を多く含むプルトニウム(IV)酸化物は、およそ238Pu 1 グラムあたり2.3 × 10⁴ n/秒。この放出率は、プルトニウム238金属の放出率と比較すると比較的高い。軽元素不純物を含まない金属は、およそ238Pu 1グラムあたり2.8 × 10³ n/秒。これらのニュートロンは、 238Puの自発核分裂によって生成されます。
金属と酸化物の放出率の差は、主に酸化物中の酸素18と酸素17とのアルファ中性子反応によるものです。天然形態で存在する酸素18の通常の量は0.204%、酸素17の量は0.037%です。二酸化プルトニウム中に存在する酸素17と酸素18の減少は、酸化物からのニュートロン放出率を大幅に低下させます。これは、気相16O2交換法によって達成できます。水酸化物として沈殿した238PuO2粒子の通常の生産バッチを使用して、大規模な生産バッチを日常的に効果的に16O2交換できることを示しました。高温で焼成された238PuO2マイクロ球は、238PuO2の以前の熱処理履歴に関係なく交換が行われることを示し、16O2交換に成功しました。[ 41 ]通常の酸素を含むPuO2のニュートロン放出率が5分の1に低下するという発見は、1966年にマウンド研究所で行われた心臓ペースメーカーの研究中になされたもので、これは1960年から始まったマウンド研究所の安定同位体製造の経験が一因となっている。このプロセスがなければ、大きな熱源を製造するために必要な遮蔽は不可能だっただろう。[ 42 ]
このセクションで議論されている他の 3 つの同位体とは異なり、238 Pu は特別に合成する必要があり、核廃棄物として豊富に存在するものではありません。現在、大量生産を維持しているのはロシアのみであり、米国では2013 年から 2018 年の間に合計で50 g (1.8オンス)を超える生産は行われていません。 [ 43 ]関係する米国の機関は、年間300 ～ 400 グラム (11 ～ 14オンス)のペースでこの物質の生産を開始したいと考えています。この計画に資金が提供されれば、 2025 年までに年間平均1.5 kg (3.3ポンド)を生産するために、自動化とスケールアップのプロセスを確立することが目標となります。[ 44 ] [ 43 ]
ストロンチウム90は、ソビエト連邦で地上型放射熱電発電機（RTG）に使用されてきた。90Srはβ崩壊により90Yに崩壊し、 90Yは再びβ崩壊する。崩壊エネルギーは238Puよりも低いが、半減期が28.8年と短く、原子量も小さいため、純金属の出力密度は1グラムあたり0.95ワットとなる。[ 45 ] 90ストロンチウム（Sr）は非常に反応性の高いアルカリ土類金属であり、カルシウムと化学的に類似しているため骨組織に蓄積する骨親和性物質です（骨に入ると、急速に分裂する組織である骨髄に重大な損傷を与える可能性があります）。そのため、RTGでは通常、純粋な形では使用されません。最も一般的な形態はペロブスカイト型チタン酸ストロンチウム（SrTiO₃ ）で、化学的にほぼ不活性であり、融点が高いです。モース硬度が5.5であるため、ダイヤモンド模造品としては不向きですが、遮蔽材からの偶発的な放出に対して、粉塵の微細な飛散を抑えつつ耐えられるだけの硬度を備えています。天然金属の代わりにSrTiO₃を使用する欠点は、材料のTiO₃部分が崩壊熱を発生しないため、出力密度が低下することです。⁹⁰Srは、²³⁵Srと²³⁵Srの両方の核分裂において高い核分裂生成物収率を示します。Uと239プルトニウムは使用済み核燃料から抽出すれば比較的低価格で大量に入手可能である。[ 45 ] 酸化物または天然金属から出発して、SrTiO 3を得る方法の 1 つは、水溶液中で水酸化ストロンチウムに変化させ、空気中の二酸化炭素を吸収して溶解度の低い炭酸ストロンチウムにすることです。炭酸ストロンチウムと二酸化チタンを高温で反応させると、目的のチタン酸ストロンチウムと二酸化炭素が生成されます。必要に応じて、チタン酸ストロンチウム生成物を焼結によってセラミック状の集合体に形成することができます。
米国原子力委員会が1958年に初めて製造したプロトタイプRTGの中には、ポロニウム210を使用しているものがある。この同位体は崩壊率が高いため驚異的な電力密度（純粋な210 Poは140 W /gを放出）を提供するが、半減期が138日と非常に短いため、用途が限られている。0.5グラムの210 Poサンプルは500 ℃（900 °F）を超える温度に達する。[ 46 ] 210 Poは純粋なアルファ線放出体であり、ガンマ線やX線をほとんど放出しないため、遮蔽要件は238 Puの場合と同程度に低い。半減期が短いことで、環境への偶発的な放出が懸念される期間も短縮されるが、ポロニウム210は摂取すると極めて放射能毒性が高く、化学的に不活性な形態であっても「異物」として消化管を通過するため、重大な害を引き起こす可能性がある。 （偶発的か意図的かを問わず）一般的な生成経路は、209のニュートロン照射である。 ビスマスの唯一の天然同位体であるポロニウム210 （Bi）は、偶然生成されるため、液体金属原子炉の冷却材として鉛ビスマス共晶合金を使用することに反対する根拠として挙げられています。しかし、ポロニウム210の需要が十分にあれば、 CANDU炉の重水減速材からトリチウムを経済的に回収する方法と同様に、その抽出は採算が取れる可能性があります。
アメリシウム241は、 238Puよりもはるかに入手しやすい候補同位体です。241Amの半減期は432年で、238Puの約5倍の長さであり、理論的には数世紀にわたって装置を稼働させることができますが、10年を超えるミッションは2019年まで研究の対象ではありませんでした。[ 47 ] 241Amの出力密度は238Puのわずか4分の1であり、241Amは238Puよりも崩壊連鎖生成物を通して透過性の高い放射線を生成するため、より多くの遮蔽が必要です。RTGにおける遮蔽要件は3番目に低く、238Puと210Poだけがそれよりも低い要件を必要とします。現在、 238Puが世界的に不足しているため[ 48 ]、ESAは241Amを RTG 燃料として研究しており[ 47 ] [ 49 ]、2019 年に英国の国立原子力研究所は使用可能な電力の生成を発表しました。[ 50 ] 238Puに対する利点は、核廃棄物として生成され、ほぼ同位体的に純粋であることです。241Am RTG のプロトタイプ設計では、5～50 W e RTG 設計で 2～2.2 W e /kgを期待していますが、実際のテストでは 1.3～1.9 W e /kg に低下しました。[ 47 ]アメリシウム 241 は現在、家庭用煙探知機に少量使用されているため、その取り扱いと特性は十分に確立されています。しかし、アクチニドの中で最も化学的に移動しやすいネプツニウム 237に崩壊します。
キュリウム250は、原子番号が最も小さい同位体で、主に自発核分裂によって崩壊します。この核分裂は、アルファ崩壊よりもはるかに多くのエネルギーを放出します。プルトニウム238と比較すると、キュリウム250のパワー密度は約4分の1ですが、半減期は95倍（約8300年対約87年）です。キュリウム250は中性子放出体（カリホルニウム252より弱いが無視できない）であるため、用途によっては中性子放射線に対するさらなる遮蔽が必要になります。鉛はガンマ線やベータ線による制動放射に対する優れた遮蔽材ですが、中性子遮蔽材としては適しておらず（むしろほとんどを反射する）、中性子が懸念される用途では別の遮蔽材を追加する必要があります。
ほとんどのRTGは238Puを使用しており、その半減期は87.7年です。そのため、この物質を使用するRTGの出力は、1年あたり1 - (1/2) 1/87.7、つまり0.787%の割合で減少します。
一例として、ボイジャー探査機で使用されているMHW-RTGが挙げられます。製造から23年後の2000年には、RTG内部の放射性物質の出力は16.6%低下し、初期出力の83.4%しか提供していませんでした。当初470Wの出力だったものが、この期間を経てわずか392Wになっていました。ボイジャーRTGの出力低下に関連するもう一つの要因は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換するために使用されるバイメタル熱電対の劣化です。RTGは、当初の83.4%ではなく、約67%の出力で稼働していました。2001年初頭までに、ボイジャーRTGによる発電量は、ボイジャー1号で315W 、ボイジャー2号で319Wに低下しました。[ 51 ] 2022年までに、これらの数値は約220Wに低下しました。[ 52 ]
NASAは、熱電対がコバルトヒ素（CoAs 3 ）であるスクッテルダイトで作られたマルチミッション放射性同位体熱電発電機（MMRTG）を開発しました。これは、現在のテルルベースの設計よりも小さな温度差で機能することができます。これは、それ以外は同じRTGであれば、ミッション開始時に25%多く、17年後には少なくとも50%多く発電できることを意味します。NASAは、次のニューフロンティアミッションでこの設計を使用することを望んでいます。[ 53 ]
RTGに含まれる放射性物質は危険であり、悪意のある目的で使用される可能性があります。これらは真の核兵器には役立ちませんが、「汚い爆弾」には依然として使用できます。ソビエト連邦は、ストロンチウム90（90Sr ）を使用したRTGで駆動する無人灯台や航路標識を多数建設しました。これらは非常に信頼性が高く、安定した電源を提供します。ほとんどはフェンスや警告標識さえなく、保護されておらず、記録管理が不十分なため、これらの施設の場所はもはやわかりません。ある事例では、放射性コンパートメントが泥棒によって開けられました。[ 12 ]別の事例では、ジョージアのツァレンジハ地域で3人の木こりが、遮蔽が剥がされた2つのセラミックRTGの孤立した線源を発見しました。木こりのうち2人は線源を背負って運んだ後、重度の放射線火傷で入院し、3人目は死亡しました。ユニットは最終的に回収され、隔離されました。[ 54 ]
ロシアにはこのようなRTGが約1,000基あり、いずれも設計上の運転寿命である10年をはるかに超えている。これらのRTGのほとんどはもはや機能しておらず、解体する必要があるかもしれない。放射性汚染のリスクがあるにもかかわらず、金属ハンターによって金属ケーシングが剥ぎ取られたRTGもある。[ 55 ]放射性物質を不活性な形態に変換することで、放射線の危険性を知らない人による盗難の危険性が軽減される（例えば、セシウムが水溶性の塩化セシウムの形で存在していた放棄されたCs-137源のゴイアニア事故のように）。しかし、化学的に十分なスキルを持つ悪意のある人物は、不活性物質から揮発性物質を抽出したり、不活性マトリックスを物理的に粉砕して細かい粉末にすることで同様の分散効果を達成したりすることができる。
RTG（放射性同位体熱電発電機）は放射性汚染のリスクを伴う。燃料を収容する容器から放射性物質が漏れた場合、環境を汚染する可能性がある。
宇宙船の場合、主な懸念は、打ち上げ中またはその後の地球近傍通過中に事故が発生した場合、有害物質が大気中に放出される可能性があることです。そのため、宇宙船やその他の場所での使用は論争を呼んでいます。[ 56 ] [ 57 ]
しかし、現在のRTGキャスク設計では、このような事態は起こりにくいと考えられています。例えば、1997年に打ち上げられたカッシーニ・ホイヘンス探査機の環境影響評価では、ミッションの様々な段階における汚染事故の確率が推定されました。打ち上げ後最初の3.5分以内に、3基のRTG（または129基の放射性同位体ヒーターユニット）のうち1基以上から放射性物質が放出される事故が発生する確率は1,400分の1と推定され、軌道上昇中に放出される確率は476分の1でした。その後、偶発的な放出の可能性は100万分の1以下に急激に低下しました。[ 58 ]打ち上げ段階で汚染を引き起こす可能性のある事故（宇宙船が軌道に到達できなかった場合など）が発生した場合、実際にRTGによって汚染が引き起こされる確率は10分の1と推定された。[ 59 ]打ち上げは成功し、カッシーニ・ホイヘンスは土星に到達した。
放射性物質の放出リスクを最小限に抑えるため、燃料は個別のモジュール式ユニットに保管され、それぞれに遮熱シールドが施されています。これらのユニットはイリジウム金属の層で囲まれ、高強度の黒鉛ブロックで覆われています。これらの2つの材料は耐腐食性と耐熱性に優れています。黒鉛ブロックの周囲にはエアロシェルがあり、地球大気圏再突入時の熱からアセンブリ全体を保護するように設計されています。プルトニウム燃料は耐熱性のあるセラミック形態でも保管されており、気化やエアロゾル化のリスクを最小限に抑えています。このセラミックは溶解性も非常に低いです。
これらのRTGで使用されるプルトニウム238の半減期は87 . 74年であり、核兵器や原子炉で使用されるプルトニウム239の半減期24,110年とは対照的です。半減期が短いため、プルトニウム238はプルトニウム239よりも約275倍放射能が強いです（つまり、17.3キュリー（640 GBq ） / gに対し、0.063キュリー（2.3 GBq） /g [ 60 ]）。たとえば、3.6 kgのプルトニウム238は、1トンのプルトニウム239と同じ数の放射性崩壊を毎秒起こします。吸収放射能の観点から見ると、2つの同位体の病原性はほぼ同じであるため、[ 61 ]プルトニウム238はプルトニウム239よりも重量比で約275倍毒性が高い。
どちらの同位体から放出されるアルファ線も皮膚を透過することはありませんが、プルトニウムを吸入または摂取すると内臓を照射する可能性があります。特に危険にさらされるのは骨格で、その表面は同位体を吸収しやすく、肝臓は同位体が蓄積して濃縮されるからです。
RTG関連の放射線事故の一例として、2001年12月にジョージアで発生したリア放射線事故が挙げられる。ストロンチウム90を燃料とするRTG炉心は、ラベルも貼られず、不適切に解体された状態で、ソ連が建設したエングリダムの裏手に投棄されていた。近隣のリア村の住民3人が、知らず知らずのうちに被曝し、負傷した。うち1人は、2004年5月に負傷が原因で死亡した。国際原子力機関（IAEA）が回収作業を主導し、医療支援を行った。2022年現在、残りの2つのRTG炉心はまだ発見されていない。
RTG（放射性同位体熱電発電機）を搭載した宇宙船に関連する事故は、これまでに複数発生している。
1965年、インドのナンダ・デヴィ山の山頂付近で、吹雪に見舞われ、山頂近くの岩場に保管されていたSNAP -19C RTGが失われた。これは、中国のロプノールにあるロケット試験施設からテレメトリーを収集するCIAの遠隔自動情報ステーションに電力を供給することを目的としていた。7つのカプセルは、その後の雪崩によって山から氷河に運ばれ、回収されていない。おそらく氷河を溶かして粉々になり、[ 66 ] 238Pu -Zr合金燃料が氷河の下を煙となって移動する土壌粒子を酸化したと考えられる。[ 67 ]これらの山頂の氷河はガンジス川を含むインド最大の河川のいくつかに流れ込んでいるため、これらのRTGから発生する大規模な放射能汚染が懸念されている。設置を試みた工作員たちの証言によると、任務を支援したシェルパたちは、カプセルが熱を発するのを理由に、それを運ぼうと競い合ったという。カプセルをグル・リンポチェと呼んだ工作員たちは、その暖かさで凍えるような風からいくらかの休息を得たが、工作員の中には、カプセルの遮蔽が不十分で、周囲の人々を放射線で汚染したと考えた者もいた。[ 68 ]
ソ連が灯台やビーコンの電源として製造した多くのBeta-M RTGは、放射線源として放置されている。その設計では、本質安全防爆ボルトや安全インターロックボルトの代わりに通常の工業用ボルトを使用することが可能であり（おそらくコスト削減のため）、本質安全防爆の開閉機構の使用や、改ざん防止シールドシステムの使用も必要としなかった。これらのユニットのいくつかは、スクラップ金属のために違法に解体されたり、ロシアの厳しい北極圏に放置されたものによく見られる嵐、凍結、浸水などの状況にさらされたりしている。[ 1 ]中には海に落ちたものや、設計不良や物理的な損傷によりシールドが欠陥のあるものもある。米国国防総省の協力的脅威削減プログラムは、Beta-M RTGの材料がテロリストによって汚い爆弾の製造に使用される可能性があると懸念を表明している。[ 12 ]
しかし、使用されているチタン酸ストロンチウムペロブスカイトは、考えられるあらゆる環境劣化に対して耐性があり、水に溶けたり溶けたりすることはありません。SrTiO 3はヒトや他の動物の消化管をそのまま通過するため、生体蓄積は考えにくいですが、摂取した動物やヒトは、通過中に敏感な腸壁にかなりの放射線量を受けることになります。小石やより大きな物体が機械的に分解されて微細な粉塵になる可能性は高く、その場合、物質がより広い範囲に拡散する可能性がありますが、これにより、高線量となる単一の被ばくイベントのリスクも低減されます。