美国太空“核复兴”开端：NASA的火星探测器，首次由美国本土制造的钚提供动力
2015年，美国橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)近30年来首次在美国生产了钚燃料。现在它正在飞往另一个星球。
上个月末，美国国家航空航天局(NASA)成功发射了新的火星车 “毅力号”，其将在火星上执行寻找远古生命迹象的任务。这是该机构迄今为止最大、最自主的火星探测器。这也是美国第一个完全由钚反应堆提供动力的火星车。
“毅力号”火星车——由钚-238作为“核动力”
“毅力号 “的核心是一个啤酒桶大小的小型 “核电池”，其被称为放射性同位素热电发电机（Radioisotope Thermoelectric Generator，简称RTG）。与地球上发电的核反应堆不同的是，RTG不需要启动或维持裂变反应来发电。它们甚至没有任何活动部件。相反，它们被动地收集钚-238衰变产生的自然热量，并将其转化为电能。它们可以可靠地为航天器提供数十年的能量和热量——上世纪70年代末发射的两枚以钚为动力的“旅行者号”探测器至今仍在星际空间进行传输，并且已经成为美国国家航空航天局(NASA) 20多项深空任务的首选动力源。
为什么会选用钚-238呢？
“钚-238是钚的一种独特的同位素，主要通过α辐射衰变来实现，正因为如此，它会产生了大量的热量。“橡树岭国家实验室的钚供应项目经理罗伯特·威姆(Robert Wham)表示，该实验室现在负责为NASA制造这种材料。”对于像‘毅力号’这样的小型航天器来说，你不需要给它核裂变能量。你只需给他热衰变即可。”
“毅力号”只是第二个以核能作为其主要电能来源的火星探测器。NASA的前三个漫游车——“探索者号”、“勇气号”和“机遇号”——都使用太阳能发电，但这意味着当电池板上积累了足够多的灰尘时，它们将面临完全失去电力的风险。从2012年抵达火星的 “好奇号 “开始，NASA的工程师们改用核能作为漫游车的主要能源。考虑到当时美国用于太空任务的核燃料储备正在减少，而且美国没有一个能够制造更多核燃料的设施，所以这是一个大胆的选择。
美国的核储备稀缺问题——令其太空探索事业进退两难
钚-238并不是用于核武器（那是它的姊妹同位素钚-239）。但随着20世纪80年代末冷战的结束，美国停止生产所有类型的钚，以遵守裁军协议定书。威姆（Wham）认为：”大部分钚-238来自萨凡纳河(Savannah River)基地，当时那里是一个国防设施，而不是美国国家实验室。”他指的是南卡罗来纳州的一个基地，此前美国核武器的大部分材料都是在那里生产的。如今，萨凡纳河遗址是地球上污染最严重的地方之一，原因是这些活动产生的核废料埋在了这里。
当美国停止各类钚的生产后，其给NASA留下了几十公斤的钚-238的储备，以供未来所有任务之用。然而，这储备数量并不多，光是 “毅力号”探测车就使用了近5公斤的钚。到了某个时候，这个库存必然会用完；美国国家科学院2009年的一份报告预测，美国所拥有的钚仅够再进行几次深空任务。
这就给美国留下了几个令人难以接受的选择：
1、放弃对外太阳系的探索
2、从国外购买钚
3、或者在国内重新开始制造钚
最终，NASA决定自己杠下了——美国本土制造钚-238的重任
“好奇号 “在2011年发射时，其核电池中的钚来自俄罗斯。这对美国来说似乎并不是一件光彩的事情——在美国标志性的太空任务中使用俄罗斯燃料——但更重要的是，这也让NASA暴露在地缘政治的变化沧桑之中。几年前，克里姆林宫违背了向NASA提供钚的协议，直到重新谈判购买协议。与此同时，负责监督美国所有核燃料制造的美国能源部(Department of Energy)，多年来一直在游说美国国会拨款重启其国内本土钚的生产。当时的想法是由美国宇航局（NASA）和能源部平摊费用成本，但每次议员们都拒绝了这一请求。
在机器人接管之前，橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)的研究人员会在这个手套箱里手工压制钚-238的颗粒。
由于对钚短缺的担忧不断加剧——俄罗斯也在减少钚的数量，NASA的决策者们决定由该机构将自己承担这笔费用。自2011年以来，NASA几乎承担了在田纳西州的橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)生产钚的全部成本。这项投资很快就得到了回报。到2015年，橡树岭的化学家们在美国生产出了近30年来的第一个钚-238样品。与此同时，该实验室还投入巨资建立了自动化生产系统，使其能够生产出足够的钚来满足NASA未来的需求。但即使有机器人的参与，生产钚-238也是很费力的，而且除了橡树岭实验室，还需要涉及另外两个国家实验室。
“核电池“的制造过程
1、这个过程的第一步，是爱达荷国家实验室的研究人员将镎-237（本身是一种放射性金属氧化物）送到田纳西州，在那里，自动机器将其压成铅笔橡皮大小的颗粒。
2、接下来，52个这样的颗粒被堆叠成金属棒，其被称为“靶子”，并被放置在橡树岭或爱达荷国家实验室的核反应堆中，在那里它们被中子轰击，以此产生钚。
3、经过几个月的冷却后，钚被运到新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室。之后通过另一台机器将小的钚颗粒压成棉花糖大小的大颗粒。
4、然后，它们被安置在一个由铱制成的外壳中，铱是一种几乎坚不可摧的金属，其可以防止漫游车在发射时，万一发生事故时有效地防止放射性污染。
5、最后，装甲钚被运送到爱达荷国家实验室，其先将32个颗粒装入漫游车的核电池，然后再安装到车上。
虽然现阶段困难重重，但此次“毅力号”将是其“核复兴”的一个开端
如今，橡树岭实验室年产钚的目标是每年3.5磅，而威姆（Wham）和他的同事们计划在2020年中期达到这一里程碑式的目标，但现在只生产了大约一半。威姆（Wham）对此表示：”我们所做的只是确保有足够的材料，为未来10到20年NASA的任何事情提供动力。”
“毅力号”火星车是NASA第一个使用美国国家实验室生产的新钚-238的任务，但其肯定不会是最后一个。未来的核动力深空任务，比如在土星最大的卫星土卫六表面寻找生命的 “蜻蜓号 “任务，也将使用这条新生产线。而随着NASA正致力于为核动力火箭和月球发电厂启动小型反应堆，“毅力号 “的发射很可能标志着美国太空核复兴的开始。[GolevkaTech]
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