Después de su largo viaje a Marte a partir de este verano, El rover Perseverance de la NASA será impulsado a través de la superficie del planeta en parte por plutonio producido en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía.

"Mars 2020 será la primera misión de la NASA que utilice plutonio-238 producido por ORNL, "dijo Alan Icenhour, director asociado de laboratorio de ciencia e ingeniería nucleares en ORNL. "Este logro representa innumerables horas de trabajo por parte del personal dedicado de ORNL, y es gratificante ver cómo este trabajo se hace realidad. Ayudar a la NASA en su misión a Marte es un momento significativo en la historia del laboratorio ".

Como otros rovers en misiones en el espacio profundo, El poder de viaje de la perseverancia en Marte proviene de generadores termoeléctricos que crean electricidad a partir del calor generado por la desintegración del plutonio-238 en forma de gránulos de cerámica de óxido. Pu-238 produce calor a medida que decae, y el generador termoeléctrico de radioisótopos multi-misión del rover convierte ese calor en electricidad para cargar las baterías de iones de litio que mueven el rover y alimentan los instrumentos que utilizará en la superficie del Planeta Rojo.

Pu-238 es ideal para viajes al espacio profundo debido a su larga vida media de casi 88 años, pero ha escaseado. Previamente, las existencias de EE. UU. consistían principalmente en Pu-238 producido en la planta nuclear de Savannah River a fines de la década de 1980, que desde entonces ha ido decayendo. Pero la producción estadounidense de Pu-238 terminó hace más de 30 años.

Es por eso que 2015 fue un hito para ORNL:la primera producción nueva en Estados Unidos de Pu-238 en casi tres décadas. Desde ese éxito inicial, el laboratorio ha aumentado constantemente sus capacidades de producción de Pu-238, con el objetivo de producir 1,5 kilogramos por año para 2026.

"Tenemos una historia de 50 años en la irradiación de objetivos y la producción de radioisótopos, "dijo Robert Wham de ORNL, Responsable del Programa de Abastecimiento Pu-238. "Tener los recursos que tenemos aquí hace que ORNL sea muy adecuado para producir el suministro nacional de Pu-238. Tenemos muchos científicos e ingenieros en todo el laboratorio involucrados en este esfuerzo, y es muy emocionante para ellos contribuir a la exploración espacial ".

No es un proceso fácil y ORNL, La Oficina de Energía Nuclear del DOE y la NASA han invertido tiempo, dinero, investigación y mentes brillantes para mejorarlo. ORNL recibe materia prima de neptunio-237 del Laboratorio Nacional de Idaho, que almacena el inventario de la nación. Una vez en ORNL, el óxido de neptunio se mezcla con aluminio y se prensa en gránulos. Próximo, los gránulos se colocan en tubos y se irradian en el reactor de isótopos de alto flujo de ORNL, lo que hace que el neptunio se transmute en Pu-238.

Los gránulos se mueven a celdas calientes blindadas en el Centro de Desarrollo de Ingeniería Radioquímica de ORNL. Allí, el Pu-238 se separa del neptunio mediante una serie de procesos químicos, convertido en un polvo de óxido, y luego enviado al Laboratorio Nacional de Los Alamos para su fabricación en gránulos de cerámica para el generador termoeléctrico. El neptunio sobrante se recicla para producir más Pu-238.

HFIR puede irradiar hasta 6, 800 gramos de neptunio al año en lotes que permanecen en el reactor de dos a tres meses. El reactor de prueba avanzado de INL también irradia pequeñas cantidades de neptunio de forma limitada y está programado para un cambio de imagen el próximo año que aumentará su capacidad para producir Pu-238 también.

El programa ha instalado sistemas automatizados para presionar y medir los gránulos objetivo Np-237. Wham dijo que la automatización de todo el proceso le ha permitido al laboratorio aumentar significativamente la producción de pellets. ayudando a triplicar la producción de Pu-238. Los investigadores están buscando formas de usar el monitoreo en la línea para probar y evaluar los pasos de procesamiento químico en las celdas calientes. ahorrando tiempo y materiales involucrados en la extracción de muestras de las celdas calientes para su análisis.

Adicionalmente, Se están fabricando nuevos equipos para mejorar la fabricación de los objetivos que se irradian en HFIR. ORNL está dotando de personal a las operaciones para que el proceso pueda continuar las 24 horas del día.

Parte del Pu-238 de ORNL se combinó con el suministro existente de Los Alamos para la misión Mars 2020. ORNL ha aportado elementos adicionales a la perseverancia, incluida la producción de los conjuntos de ventilación revestidos de aleación de iridio del rover, que son vasos de metal virtualmente indestructibles que contienen el combustible Pu-238, y el aislamiento de fibra de carbono unida al carbono que rodea el revestimiento del combustible.