NASA smacht naar plutonium

NASA gebruikt voor sommige ruimtemissies plutonium-238 als energiebron. Maar de voorraad raakt op.

Sinds er geen nieuwe kernwapens meer worden gemaakt, teert NASA in op zijn plutonium, de krachtbron voor verre ruimtemissies. Oude kennis en apparatuur worden nu afgestoft om de voorraad aan te vullen.

Plutonium-238 is een handige energiebron voor ruimtesondes die niet kunnen rekenen op voldoende zonnestraling, zoals de Voyager-sondes die in de jaren 70 zijn gelanceerd. Ook Cassini, die sinds 2004 de omgeving van Saturnus onderzoekt, en New Horizons, die onderweg is naar Pluto, gebruiken Pu-238. Het is een radioactieve stof die uit elkaar valt met een halfwaardetijd van 88 jaar en daarbij warmte ontwikkelt. Die warmte kan worden omgezet in stroom met thermokoppels, combinaties van metalen die bij verwarming een spanning produceren.

Het gebruik van plutonium is controversieel omdat het giftige en radioactieve materiaal bij een mislukte lancering in het milieu kan belanden. Maar serieuze alternatieven zijn er niet.

New Horizons heeft 11 kilo Pu-238 aan boord, Cassini 33 kg. Een nieuw Marsvoertuig dat in 2020 wordt gelanceerd, heeft 5 kilo nodig voor momenten dat de zon geen of te weinig energie levert, zoals ’s nachts.

Pu-238 komt van nature niet op de aarde voor. Tot 1988 kon NASA meeliften met het Amerikaanse kernwapenprogramma. Daarna werd het materiaal van de Russen gekocht, maar dat kan ook niet meer. NASA heeft nog maar 35 kg Pu-238 voorradig. Maar de stof vervalt vanzelf en de helft van de voorraad van NASA is al ‘over datum’.

Daarom heeft NASA een contract afgesloten met het Amerikaanse ministerie van Energie, dat ook tot 1988 verantwoordelijk was voor de plutoniumproductie.

In het nationale laboratorium in Oak Ridge, Tennessee, zijn gepensioneerde experts uitgehoord over hoe het ook weer moest, plutonium fabriceren. De grondstof is neptunium-237 uit ‘opgebrande’ kernbrandstof. Dit neptunium wordt in Oak Ridge bestraald in een reactor. Een deel van de atoomkernen van het neptunium absorbeert daarbij een neutron, zendt een elektron uit en gaat over in Pu-238. Dit kan dan op chemische wijze worden gewonnen. De productiecapaciteit is ongeveer anderhalve kilo per jaar.

NASA zoekt ook naar manieren om meer uit het plutonium te halen, bijvoorbeeld met efficiëntere thermokoppels of met een Stirlingmotor, die temperatuurverschillen kan omzetten in beweging en daarna in stroom. Critici wijzen erop dat NASA bij voorstellen voor nieuwe missies zelf het gebruik van plutonium niet toestaat, anders dan voor onmisbare verwarming van apparatuur.