Jaderný zdroj energie sondy New Horizons

Kosmická sonda New Horizons získává elektrickou energii z palubního radioizotopového termoelektrického generátoru RTG [=Radioisotope Thermoelectric Generator]. Jedná se o lehký, kompaktní zdroj energie, který je zároveň vysoce spolehlivý. RTG nemá žádné pohyblivé části a nepoužívá ani štěpnou ani fúzní reakci. Elektřina se naopak vyrábí při přirozeném rozpadu plutonia (především izotopu 238). Teplo uvolňující se při tomto rozpadu se převádí přímo na elektrickou energii v instalovaných termočláncích, na nichž se vytváří elektrické napětí pouhým rozdílem teplot.

RTG dovoluje produkci elektřiny i ve značných vzdálenostech od Slunce, případně v jiných místech, na nichž by fotovoltaické články nebyly použitelné. Při srovnání s jinými zdroji vychází z hlediska výkonu, spolehlivosti a trvanlivosti pro vnější oblasti solárního sytému naprosto nejvýhodněji.

USA použily radioizotopový termoelektrický generátor během posledních 40 let již na 24 kosmických misích. Ve všech případech fungoval RTG naprosto spolehlivě a nikdy se nestal příčinou selhání (ve třech případech došlo k závadám na jiných systémech). RTG má za sebou tedy více než 40 roků vylepšování konstrukce, analýz a zkoušek. Bezpečnosti je dosaženo kombinací mnoha faktorů. Generátor používá speciální typ paliva, modulární konstrukci a rozdělení na několik fyzicky oddělených článků, čímž se snižuje nebezpečí při porušení těsnosti obalu.

Palivo - PuO₂ - použité v generátoru je tvořeno speciálně tvarovanými peletami (granulemi) ohnivzdorného keramického materiálu. Tím se redukuje riziko rozptýlení nebezpečné látky do okolí po havárii rakety při startu případně během zániku při nečekaném návratu do atmosféry. Keramická forma se nerozpouští ve vodě a jen nepatrně reaguje s ostatními chemickými látkami. Pokud se rozlomí, rozpadne se na relativně velké kousky, které jsou méně nebezpečné než oblak malých, mikroskopických částeček.

Veškerý objem paliva v RTG je rozdělen do 18 malých nezávislých modulů, každý z nich má vlastní obal, chránících proti teplotě a nárazu. Toto řešení snižuje šanci na únik paliva, protože je málo pravděpodobné, že by se všechny články pro havárii poškodily stejným způsobem.

Palivo je uzavřeno v několika vrstvách ochranného obalu. Obal tvoří plášť z iridia, bloky z vysoce pevného grafitu. Iridium je pevný a houževnatý kov odolný proti korozi. Teplota tavení leží velmi vysoko. Z takového materiálu je zhotoven obal každé pelety. Lehký žáruvzdorný grafit je další ochrannou vrstvou, která se uplatní především při případném nárazu.

Analýza rizik a povolovací proces
Každý americký kosmický projekt, který hodlá použít na palubě umělého kosmického tělesa jaderný zdroj energie, musí být podroben bezpečnostní analýze ministerstva energetiky DOE [=Department of Energy]. Analýza hodnotí vyčerpávajícím způsobem následky všech možných scénářů potenciální havárie při startu. Do posouzení rizikových faktorů se následně zapojuje skupina INSRP [=Interagency Nuclear Safety Review Panel] složená z expertů z průmyslu, vědy a státní správy. Je další složkou povolovacího řízení startu z hlediska nukleární bezpečnosti. Na základě kladných stanovisek DOE, INSRP a některých federálních institucí teprve může NASA požádat o povolení Úřad pro vědu a technologii OSTP [=Office of Science and Technology Policy], spadající pod agendu Bílého domu. Ředitel OSTP, který má status poradce prezidenta USA, pak rozhodne sám nebo vydá prezidentovi doporučení ohledně toho, zda bude start povolen. Bez tohoto svolení nelze na projektu pokračovat.

Možné alternativy
Sonda New Horizons se vydala do oblastí, v nichž se Slunce mění na pouhou jasnou hvězdu na obloze. Sluneční světlo je u Pluta více než 1000x slabší než v blízkosti Země. Pro takovéto vzdálenosti neexistuje prakticky jiná technicky reálná alternativa, jak spolehlivě zabezpečit dostatek elektrické energie pro systémy a přístroje sondy, než využít jaderného generátoru.

Radiační rizika plutonia 238
Plutonium 238 (Pu-238) nelze použít k výrobě nukleárních zbraní. Zbraně jsou konstruovány z jiných izotopů plutonia (Pu-239). Pu-238 jako každý radioaktivní prvek se přirozeně rozpadá, přičemž emituje záření alfa, což jsou v podstatě jádra hélia. Takovéto záření dokáže proniknout ve vzduchu pouze do vzdálenosti přibližně 0.1 m. Jestliže je takovéto jaderné palivo uzavřeno v iridiovém obalu, nepředstavuje záření alfa žádné nebezpečí pro okolí. Kromě záření alfa se v případě materiálu PuO₂ uvolňuje i jisté množství záření gama a neutronů. Ani tento typ záření není v dávkách, které jsou v tomto případě produkovány, nebezpečný. Záření alfa se dá odstínit oděvem, vnější vrstvou pokožky či pouhým listem papíru. Pu-238 by se mohlo ale stát značně nebezpečným, pokud by se dostalo přímo do těla, například vdechnutím drobných částeček.

Jestliže by osoba vdechla částečky PuO₂, nebezpečná látka by se usadila v plícních sklípcích a záření by takřka s jistotou vyvolalo určitý druh rakoviny. Z tohoto důvodu je v reaktoru RTG použita keramická forma plutonia, u níž je nepravděpodobné, že by se mohla rozptýlit v částečkách, které by šlo snadno inhalovat. Keramická forma je rovněž nesnadno rozpustná ve vodě, takže se dost dobře nemůže dostat do podzemních vod nebo do organismů rostlinstva.

Analýza provedená při příležitosti vypuštění New Horizons poskytla údaj, že riziko havárie při vzletu s následným uvolněním plutonia připadá asi na jeden ze 350 startů. I pak je riziko pro obyvatelstvo velice nízké, protože nejobvyklejší nehody při vypouštění raket jsou schopny uvolnit do životního prostředí maximálně jen takové množství radiace, která ani nedosahuje úrovně přirozeného radiačního pozadí. V oblasti havárie by tak nedošlo k žádnému zvýšení nebezpečí onemocnění rakovinou.