Generador Termoeléctrico de Radioisótopos

El hecho de que dos metales diferentes en contacto produzcan una fem de unión plantea la posibilidad de que dichas uniones puedan proporcionar una forma de generar energía eléctrica. El inconveniente para la mayoría de las aplicaciones prácticas es el pequeño tamaño de la fem de unión, del orden de 10^-6 voltios/K, por lo que para obtener un voltaje de salida práctico para hacer un generador termoeléctrico, a menudo, se combinan en serie algunos de ellos y se colocan en un ambiente de muy alta temperatura.

Una de las principales aplicaciones prácticas de los generadores termoeléctricos ha sido en el programa espacial, donde se necesita un generador eléctrico sin partes móviles y que suministre energía durante la larga duración de las misiones espaciales. Esta necesidad se ha cumplido en el programa espacial de los EE. UU. mediante el uso del calor de la desintegración del radioisótopo aplicado a una colección de uniones en lo que se llama un Generador Termoeléctrico de Radioisótopos (RTG). En el momento del aterrizaje del Laboratorio de Ciencia de Marte en agosto de 2012, los Estados Unidos habían lanzado 45 RTG como parte de 26 misiones espaciales. Los RTG han sido utilizados por la NASA en muchas misiones, incluyendo Apollo, Pioneer, Viking, Voyager, Galileo y Cassini.

Las fuentes de alimentación de la Voyager siguen funcionando después de más de 35 años de funcionamiento. Las altas temperaturas requeridas para la generación termoeléctrica son provistas por el decaimiento del Plutonio-238 en forma de su óxido PuO2.

El Plutonio Pu-238, con su vida media de 87,7 años, ha sido la fuente de calor elegida para el programa espacial. Después de cinco años, todavía está disponible aproximadamente el 96 por ciento de la producción de calor original del Pu-238.

Debido a que el combustible nuclear en un RTG es radioactivo, la seguridad es un problema crítico. A medida que se descompone, el Pu-238 emite radiación principalmente en forma de partículas alfa, que tienen un poder de penetración muy bajo. Solo se necesita un blindaje ligero porque las partículas alfa no pueden penetrar en una hoja de papel. Los radioisótopos que producen más radiación penetrante, como partículas beta o gamma, serían más difíciles de manejar de manera segura y requerirían un blindaje más pesado, lo cual es un claro inconveniente en las misiones espaciales.

El rover Curiosity en Marte es el primer rover con tecnología termoeléctrica que utiliza un RTG de múltiples misiones (MMRTG). Este es un modelo del MMRTG de la NASA . Esta unidad produce 110 vatios de potencia en el lanzamiento y está diseñada para funcionar durante 14 años.

Este es un autorretrato del rover Curiosity en Marte que muestra el MMRTG en la parte posterior de la imagen.

El primer RTG utilizado en una misión espacial se lanzó a bordo de un satélite de navegación de tránsito de la Armada de los EE. UU. en 1961. El RTG, denominado Fuente Auxiliar de Energía Nuclear Espacial -3 (SNAP-3) tenía una salida de solo 2,7 vatios, pero continuó funcionando durante 15 años después del lanzamiento. Los astronautas en cinco misiones Apolo dejaron unidades RTG en la superficie lunar para alimentar los Paquetes de Experimentos de Superficie Lunar Apolo. Una de las unidades colocadas en la Luna por los astronautas del Apolo-12 proporcionó una potencia de 73 vatios y duró más de ocho años.

La nave espacial Galileo tenía dos RTG que producían 285 vatios cada una para alimentar la nave, más 120 unidades de calentadores de radioisótopos (RHU, por sus siglas en inglés) que proporcionaban calor para proteger los instrumentos delicados en el frío extremo del espacio.