Как мы видим на картинке выше, с реальными РИТЭГ, которые были поставленны на Кассини обращаются довольно аккуратно — дозиметрия, щиты снижающие облучение персонала в помещении.
Что такое GPHS-RTG? Это модульный РИТЭГ, использующий тепло распада 238Pu для превращения его в электроэнергию его на полупроводниковом термоэлектрическом преобразователе. Впрочем, снаружи виден только радиатор, который работает холодным концом преобразователя.
В центре этого устройства установлены 18 квадратных General Purpose Heat Sorces — источников тепла общего назначения, собственно и содержащих плутоний. Они в свою очередь устроены так:
2 таблетки (Fuel pellet), размером с крупный орех из оксида плутония (151 грамм оксида или ~116 грамм плутония), покрытые иридиевой оболочкой (о которой мы поговорим дальше) укладываются в цилиндрическую емкость из углерод-углеродного композита, служащей защитой на случай падения такого РИТЭГ на этапе выведения. Две такие емкости, в свою очередь упаковываются в один призматический блок из графита, который и является одним GHPS. Вес одного собранного блока 1,43 килограмма, и со свежим радионуклидом он вырабатывает 250 ватт тепла, разогреваясь в генераторе до 1000 С.
Собранный GHPS
Учитывая КПД примерно в 6%, в начале своей жизни GPHS-RTG вырабатывал примерно 300 электрических ватт рассеивая с радиатора ~4400 ватт. Для MMRTG эти цифры 125 и 2000 ватт. Через 14 лет после извлечения плутония из реактора мощность падает примерно на четверть. Самое интересное, что мощность падает не только из-за естественного распада изотопа, но и из-за деградации термопар. Как источник тепла, это устройство более привлекательна — 1,6% снижения тепловой мощности в год.
Что ж, 2 киловатта тепла выглядит обнадеживающими для Марка Уотни, поговорим теперь об опасностях.
238Pu — Хороший выбор для РИТЭГ. Он распадается в 234U с испусканием альфа-частицы с энергией ~5,5 МэВ. От альфа-частицы легко заэкранироваться — все они затормозятся еще в иридиевой оболочке топливной таблетки (иридий здесь нужен, что бы в любом случае, например при падении в тундру, противостоять радиационной коррозии). К сожалению, на пути к абсолютной нерадиоактивности нашего источника тепла стоят три препятствия:
- Основной рабочий изотоп плутония распадается в U234, который порождает ряд радиоактивных изотопов, среди которых есть и гамма-эммитеры.
- Плутониевые таблетки содержит другие, не столь дружественные с точки радиоактивного излучения изотопы — 236Pu,239Pu,241Pu и продукты из распада, например жесткий гамма-излучатель 208Ta. К сожалению, процесс производства (облучением мишений из другого радиоактивного изотопа — Нептуния 237 в реакторе) всегда сопровождается появлением этих паразитных изотопов. Лучшие образцы 238Pu содержат порядка 17% других изотопов.
- Наконец, самое интересное. Энергичные альфа-частицы плутония взаимодействуют с кислородом (который содержится в оксиде плутония) и порождают через ядерные реакции с ним нейтронное излучение. Часть нейтронного излучения приходит и от самопроизвольного распада плутония (не альфа-распада, а развала на 2 части — как у урана в ядерной цепной реакции).
Все вместе дает для GPHS-RTG уровень радиации (или как правильнее это называется — мощность эквивалентной дозы) от 20 до 50 милирентген в час в разных направлениях на расстоянии метра. Этот уровень складывается из нейтронной и гамма радиации, причем доля последней для реальных РИТЭГов не так и велика - 5...10 мр/час.
Для MMRTG, который использует Уотни, уровни должны быть более чем в 2 раза ниже — порядка 8..20 мр/час. Причем, чисто теоретически, от нейтронной части можно заэкранироваться сантиметром-другим полиэтилена (лучше борированного). Даже в самом неудачном раскладе, при 20 мр/час, какой-то уровень, который может отразится на здоровье (100 рентген) герой «Марсианина» будет набирать 5000 часов, или порядка 202 сола (марсианских суток). С годами гамма-излучение от РИТЭГ будет расти, а нейтронное — падать, но эти изменения заметны на десятилетних периодах и не сильно влияют на общей уровень радиоактивности.
Впрочем, моделирование американских ядерщиков полей GPHS-RTG показывает, что контактно РИТЭГ может дать гораздо более опасные уровни в 1 и даже 5 рентген/час
Что ж, если вы попадете в схожую ситуацию — смело грейте салон своего ровера РИТЭГом, только обязательно убедитесь он наполнен Pu238 а не злобным бетта-эмиттером Sr90, как в отечественных наземных генераторах :).
P.S. Кстати, фильм вполне себе ничего, хотя для фанатов изначального, наполненного массой технических подробностей, текста уровень популяризации может быть разочаровывающим.
Комментарии (39)
Snakecatcher
09.10.2015 10:55+4Обогрев от РИТЭГа, еще был в отечественном фильме «Как я провел этим летом». Там герой, чтобы не замерзнуть насмерть, в буквальном смысле обнимает генератор.
tnenergy
09.10.2015 10:59+13Да. Вот этот вариант — отечественный наземный РИТЭГ и обнимать — смертельно опасен.
JerleShannara
13.10.2015 17:19Поправочка, разобранный отечественный ритэг. Впрочем как показала практика нескольких групп лиц, не обремененных знаниями физики, разобранный ритэг расправляется с идиотами быстро и качественно без постороннего вмешательства.
lexa777
15.10.2015 01:51Он не только грелся, но и рыбой из РИТЭГа угощал
tnenergy
15.10.2015 10:10Распространенное заблуждение, кстати, что рыба станет радиоактивной. Для это нужно нейтронное излучение (и довольно приличного уровня), а оно бывает в РИТЭГ только если он использует трансурановые элементы (Pu238, Am241). От стронция 90 ничего не активируется, только стерилизуется, если есть возможность рыбу прям внутрь положить (только я бы не делал это рукой).
stalinets
15.10.2015 10:34Я читал, что очень энергетичная гамма тоже может вызвать «наведёнку» как нейтроны.
tnenergy
15.10.2015 10:44+1Есть такой класс фотоядерных реакций, самой распространенной из которых является «выбивание» нейтрона из ядра гамма-квантом. Но у них высокий нижний энергетический порог — гамма-квант должен быть обычно 5-6 МэВ и выше и низкое сечение. Для такой активации нужен яркий источник гамма-квантов, обычно это всякие ускорительные или лазерные установки.
lexa777
15.10.2015 14:55Я уже не помню, давно смотрел, но ведь вроде бы в самом фильме и говорится, что угрозы съевшему такую рыбу нет. Да и вообще герой в фильме обратно все извлек из себя на всякий случай
Sudno
09.10.2015 12:47А ритэги хоть как то маркируются на предмет того, что у него там внутри? Т.е. как отличить стронциевый и плутониевый? А то вдруг захочется погреться :).
alcanoid
09.10.2015 13:08Если погреться захочется настолько, то будет в достаточной мере всё равно, что там у него внутри.
tnenergy
09.10.2015 13:22+2Да как вам сказать, маркируются ли они…
Правда, справедливости ради — подавляющая часть советских РИТЭГов за последние 7 лет собрана и утилизированна Росатомом, у них была большая программа.
Zenitchik
09.10.2015 14:48+1Не «что-то похожее», а именно РИТЭГ. Причём, как и почему в книге расписано. И опасность сего мероприятия указана.
tnenergy
09.10.2015 15:23Дочитывайте фразу до конца «Решает он ее положив себе в кабину что-то очень похожее на радиоизотопный генератор(!) (РИТЭГ) MMRTG,». Если вы способны по двум мелькающим кадрам понять MMRTG это или что-то другое — снимаю шляпу.
>Причём, как и почему в книге расписано.
Я перечитал этот момент в книге перед тем как написать пост, спасибо. Никаких особых деталей там нет. Но есть уверенность, что автор срисовал этот РИТЭГ именно с MMRTG.
Zenitchik
09.10.2015 14:53-1UPD: не себе в кабину, а во вторую секцию сочлёнённого марсхохода, который перед этим он к томуже сильно переоборудовал под установку РИТЭГа.
Если в фильме это переврали — то ну нафиг такой фильм.
Voiddancer
09.10.2015 15:01Я читал, но не смотрел. А кто-то не читал и не смотрел. Не надо спойлерить.
Zenitchik
09.10.2015 15:18-1Спойлер спойлеру рознь. Я теперь точно решил, что я на этот фильм не пойду. И своим друзьям тратить на него деньги не советую.
А вот книга — напротив, весьма и весьма годная.
rroyter
09.10.2015 17:30+2Глупость какая. На фильм надо идти, потому что Матт Дэймон замечательно играет. Фильм опустил некоторые маловажные подробности чтобы вписаться в два часа, но тем не менее он остался верен книге.
Zenitchik
09.10.2015 18:43-1Какая разница, как он играет, если опустили как раз те подробности, ради которых писалась книга? Чему он остался верен?
Nika_BlackHat
09.10.2015 23:34Традиции тратить постоянно кучу денег на спасение Мэта
http://cs540106.vk.me/c540103/v540103302/2777f/0qxQ4mmtyoc.jpg
isden
09.10.2015 15:17В фильме все не так :(Он там его рядом с собой в кресло посадил. Я аж прям чаем подавился, когда увидел.Zenitchik
09.10.2015 15:20Спасибо за информацию. Тем хуже для фильма.
Вся книга построена вокруг технических решений выживания на Марсе. Возможно, неправильных, но интересных. Сюжет там — глубоко вторичен. Порезанные технические решения — равносильны порче продукта.
kAIST
09.10.2015 22:32+1Я читал книгу несколько раз и ходил на фильм.
Да, в фильме упустили много деталей. Но если бы сняли полностью по книге, без переработки, то фильм получился бы нудноватым и понравился бы только фанатам книги.
Nika_BlackHat
10.10.2015 00:08Задолго до этого интересовался подобным вопросом после просмотра фильма «Как я провёл этим летом». Там тоже часть действий происходит около РИТЭГа.
http://media.filmz.ru/photos/full/f_39814.jpgtnenergy
10.10.2015 00:28Кстати, картинка есть классная — кошмар радифобов, сотни тысяч кюри на одной площадке :)
Raegdan
12.10.2015 13:17Миллирентгенный фон настолько безопасен?
Недавно скидывали в другой статье про радиацию видео от сталкера: geektimes.ru/company/dadget/blog/262402/#comment_8814158
Там было: «30 миллирентген. Пойду-ка я отсюда нахрен.» Потом сталкер всё-таки вернулся перемерить, чтобы дозик всё-таки досчитал, намерил 80 мР/ч и очень эмоционально это прокомментировал, выскочив из комнаты.
Понятное дело, что сталкер не радиолог и мог преувеличить опасность, но в любом случае это превышение естественного фона на три порядка…Zenitchik
12.10.2015 14:51«Пойду-ка я отсюда нахрен» — я бы сказал, если бы были единицы Р/ч. А миллирентгены — вредно, конечно, но не настолько, чтобы торопиться уйти.
JerleShannara
13.10.2015 17:22Как говорится, если дозиметр-радиометр переключился на рентгены/миллизиверты, то стоило думать заранее.
stalinets
13.10.2015 21:58Ну кратковременно, скорее всего, можно и больше. Читал воспоминания испытателей ядерных бомб на Новой Земле, там был такой случай:
uzm.spb.ru/archive/nz_nuke.htm#nz_a9
Если вкратце, производили подрыв двух ядерных бомб внутри горы, но всё пошло не совсем по плану, высокорадиоактивные газы от взрыва прорвались сквозь трещины наружу, и этот шлейф потёк вниз с горы, отрезав часть людей от берега и корабля. Тогда за наблюдателями срочно поехали на вездеходе ГТ-Т, но проскочить перед радиоактивным шлейфом дыма было нельзя и пришлось проехать сквозь него. Приборы показывали до 250 Р/ч, после чего их выключили. Тогда пострадало довольно много людей — как я понял, и ждавшие на корабле, и катавшиеся в радиоактивном дыму, но никто не умер.
— Кстати, интересно. В этих мемуарах есть такие строки:«Если в штольне А-7 регистрирующая аппаратура показывала отсутствие радиоактивности, то в приустьевом участке штольни А-9 мощность дозы составляла десятки тысяч рентген в час и наблюдался рост давления и температуры.»
А какими, собственно, приборами меряются такие активности??Zenitchik
14.10.2015 14:48Да любыми счётчик гейгера будет исправно выдавать импульсы, чем их подсчитывать — вопрос интересный, но, думаю, можно подобрать какой-нибудь совсем дубовый счётчик, которому будет пофиг на радиацию.
А 250 Р/ч — это реально много. По военным понятиям, 200 Р за раз считается смертельной дозой. 50 Р за раз — предельной дозой, переносимой без серьёзных последствий.JerleShannara
14.10.2015 15:25На такие дозы и ставятся мега-дубовые счетчики. В военке нашей ставили два счётчика — дубовый и древний CИ3 на диапазон «делай ноги» и СБМ20 на остальные.
tnenergy
14.10.2015 16:06200 бэр за раз — это лучевая болезнь легкой-средней тяжести. Смерти начинаются с 500 бэр за короткий период.
stalinets
13.10.2015 22:05Все вместе дает для GPHS-RTG уровень радиации (или как правильнее это называется — мощность эквивалентной дозы) от 20 до 50 милирентген в час в разных направлениях на расстоянии метра. Этот уровень складывается из нейтронной и гамма радиации, причем доля последней для реальных РИТЭГов не так и велика — 5...10 мр/час.
Интересно, разве можно мерить нейтроны в рентгенах? Рентген ведь только для электромагнитного излучения (рентген и гамма).Zenitchik
14.10.2015 14:52А почему бы нет? Википедия пишет: «определяемая по их ионизирующему действию на сухой атмосферный воздух». Вряд ли такой способ измерения позволяет отличить нейтроны. Специфические счётчики нейтронов они, ЕМНИП, имеют специальное покрытие в баллоне датчика.
tnenergy
14.10.2015 16:11Нейтронные счетчики работают по совершенно другому принципу. В них используется что-то, реагирующее с нейтронами (гелий 3, литий-6, бериллий) и измеряются продукты реакции (например гамма-кванты).
tnenergy
14.10.2015 16:09Метрологически — нет, нельзя, т.к. рентгены — это ионизационный ток, который у самих нейтронов отсуствует. Есть всякие паразитные ядра отдачи и т.п. — они ионизируют, но это уж больно сложная зависимость.
Тем не менее для нейтронного излучения известного спектра (от известных нуклидов) стараются выполнять приведение к рентгенам, что бы понимать биологическую опасность нейтронного эмиттера.
GunneR666
Следующий раз делайте так — если упоминаете в статье момент из очень нового фильма, укажите ПЕРЕД упоминанием про наличие (отсутствие) спойлеров.
tnenergy
Да, вы правы. Просто настолько проходной эпизод в фильме (примерно 30 секунд экранного времени), что как-то не подумалось.