Rumfartens radioaktive henfald
Rumfarten har et problem. Uden at det har givet den store omtale, er vi ved at afskære os fra muligheden for at udforske store dele af solsystemet. Det gælder især den ydre del af solsystemet, lige fra Jupiter til den fjerne Pluto. Også  landingsfartøjer på Venus og Mars er i farezonen.

Pluto-rumsonden New Horizons med sin sorte Plutonium generator til venstre. (Foto: NASA)

Pluto-rumsonden New Horizons med sin sorte Plutonium generator til venstre. (Foto: NASA)

Årsagen er mangel på Plutonium, mere præcist på den meget radioaktive isotop Plutonium-238. For uden Plutonium er rumsonderne henvist til at bruge solceller, og den løsning kræver først og fremmest, at der er masser af sollys.

Desværre henligger store dele af solsystemet i et konstant tusmørke, der i bedste fald gør det meget vanskeligt og mere sandsynligt umuligt at bruge sollys som energikilde.

En god varmekilde

Plutonium-238 er så populært inden for rumfarten, fordi isotopen har en halveringstid på bare 88 år og desuden henfalder ved at udsende Alfa-stråling, altså Helium-kerner. Af alle former for radioaktiv stråling er Alfa-stråling den type stråling, som det er lettest at beskytte sig i mod – hvilket ikke ændrer noget ved den kendsgerning, at Plutonium er et farligt og særdeles giftigt stof, man skal holde sig på lang afstand af.

Men den korte halveringstid betyder, at varmeudviklingen ved isotopens radioaktive henfald er stort – omkring 500 Watt perr kilogram Plutonium. Koblet til et termoelement kan omkring 5% af denne varme udnyttes til produktion af elektricitet – i runde tal 25 Watt per kilogram Plutonium.

En halveringstid på 88 år sikrer også, at det ikke er svært at sikre en meget stabil strømforsyning i flere årtier. De to Voyager sonder har således stadig energi, selv om de er opsendt for næsten 40 år siden.

Et levn fra atomkapløbet

Der var engang under den kolde krig, at det var let for et rumagentur som NASA at få fat på al den Plutonium, man måtte ønske. Og det gjorde NASA så, i et omfang, som vil være utænkeligt i dag. Fra Apollo 12 til Apollo 17 medførte hvert landingsfartøj 3,8 kilogram Pu-238 til at drive de videnskabelige instrumenter, som blev efterladt.

På Månen er Plutonium også nødvendig som energikilde, fordi Månen har en to uger lang nat uden sollys. Man tog nok lidt lettere på det med radioaktiviteten, end vi gør i dag. Nogle af os husker stadig, hvordan Alan Bean fra Apollo 12 med en tang greb cylinderen med Plutonium og simpelthen bar den over til den videnskabelige målestation.

Apollo 13 kom aldrig til at lande på Månen på grund af en eksplosion i servicemodulet på udrejsen. Landingsfartøjet blev derfor brugt som 'redningsbåd' og det endte sine dage på bunden af Stillehavet med sin last af Plutonium – og her ligger det stadig i en dybde af mellem 6 og 9 kilometer. Indkapslingen skulle dog være så solid, at intet Plutonium skulle være sluppet ud i havvandet.

Den kolde krig stoppede produktionen af Plutonium-238

Stort set er det gået godt i de forløbne mere end 40 år med at bruge Plutonium i rumfarten – men så ophørte den kolde krig og produktionen af atomvåben. Det var godt for verdensfreden, men ikke så godt for NASA.

USA ophørte med produktionen af Plutonium-238 i 1988, og siden 1993 har NASA måttet købe en stor del af deres Plutonium i Rusland, som nu også er ved at løbe tør. Siden 2009 har Rusland ikke villet sælge, og de amerikanske lagre er nu nede på under 20 kilogram.

Det lukkede land

Uden Plutonium vil det meste af solsystemet være lukket land. Alene Cassini, der kredser om Saturn, har næsten 33 kilogram Plutonium om bord, som leverer både varme og den energi, der skal drive instrumenterne, især den radar, der i disse år kortlægger Titan og dens søer af metan. Solpaneler er ikke et alternativ, da sollyset herude er 100 gange svagere end på Jorden.

New Horizons på vej mod Pluto medfører ikke mindre end 11 kilogram Plutonium til dens mere end 10 år lange rejse ud i det store mørke. Curiosity, der kører rundt på Mars klarer sig med 5 kilogram, og sådan kan vi blive ved.

Hvis vi vil klare os med solenergi alene, er vi henvist til at holde os til området inden for Jupiters bane – og undgå at lande på den skydækkede Venus. Vi kan også vinke farvel til drømme om at lande på Jupiters isdækkede måne Europa og bore ned gennem isen for at undersøge, om der er liv i det hav, man mener skjuler sig i dybet.

Uranus og Neptun er også umulige at besøge igen – vi må nøjes med de korte glimt vi fik, da Voyager 2 fløj forbi.

Dystre udsigter

Nu skulle man tro, at det måtte være let at genstarte produktionen af Plutonium-238. Det kan gøres, men det er en dyr og langvarig proces, især fordi de gamle anlæg fra den kolde krigs tid er nedslidte.

Hertil kommer, at produktion af Plutonium er svært at sælge rent politisk. De fleste reagerer meget negativt, bare de hører ordet Plutonium. Argumentet med, at Plutonium-238 ikke kan bruges til atomvåben, er næppe nok til at overvinde modstanden mod en ny produktion.

Hvem skal betale?

Endelig er NASA og energiministeriet endt i en strid om, hvem der skal betale, og den endte med, at NASA kom til at betale hele regningen.

Nu regner man med en produktion på 1,5 kilogram per år – men det løser langt fra problemet med de nuværende ret ineffektive temoelementer.

Alligevel har NASA af økonomiske grunde nedtonet et forskningsprogram til en generator, der kunne give en op til fire gange mere effektiv udnyttelse af varmen fra det radioaktive henfald af Plutonium til produktion af strøm.  Udforskningen af det ydre solsystem bliver vist noget, vi i stor udstrækning kommer til at overlade til de næste generationer.

Denne artikel er oprindeligt publiceret som et blogindlæg.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcasts herunder. Du kan også findes os i din podcast-app under navnet 'Videnskab.dk Podcast'.

Videnskabsbilleder

Se de flotteste forskningsfotos på vores Instagram-profil, og læs om det betagende billede af nordlys taget over Limfjorden her.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med omkring en million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk