休斯顿，我们需要一些钚

外太阳系统是一个黑暗和孤独的地方 - 太阳能偏离距离太阳的距离越野，所以木星周围轨道上的宇宙飞船（来自地球的太阳的5.5倍）只接收大约3％太阳能作为一个轨道地球。太阳能电池板尽可能多地为MARS提供动态的航天器，但任何送到太阳系的外部到来的任何东西都需要找到一些其他电力来源。对于大多数航天器，这意味着使用钚 - 特别是同位素PU-238。根据一些最近的报道ReportsReports，我们可能会耗尽这种特殊的钚风味。由于我们不能在太阳能电源和电池上访问外太阳系统，并且如果我们想经过小行星带，我们必须与放射性同位素热电发电机（RTG）或反应器一起去核。And according to a NASA scientist (quoted in the story linked to above) we are running out of Pu-238 – if we don’t take steps to either replenish our stocks or to develop an alternative then our deep space exploration might grind to a halt. But before getting into that, let’s take a quick look at why Pu-238 is such a good power source.

与任何其他元素一样，钚具有许多同位素 - PU-239是一种足够稀有的核武器的裂缝，并且略重的版本（PU-240）也很好。当U-238捕获中子或两种 - 任何操作反应器产生它们时，这些较重的钚同位素均在核反应堆中产生，并且对于这些物质，这些钚同位素的裂变在任何核反应堆中产生显着的能量。PU-238也在反应器中产生，但通过稍微更加复杂的途径。底线是可用量的钚 - 可促进或非在反应器中产生。

pu - 238有价值的是,它很好地衰变,产生大量的能量衰减时,它有一个足够长的半衰期(仅略低于88年)持续了几十年,它发出一个高能粒子(对于那些有兴趣,阿尔法能源超过5.5兆电子伏)。

让我们看看这是如何转化为能量的。钚-238的半衰期为87.7年，衰变常数(一种衡量钚-238在一年内衰变的原子数量的方法)为0.0079。如果我们能计算出一千克Pu-238的原子数，那么我们就可以用原子数乘以衰变常数来计算出在给定的时间内会发生多少次衰变。一公斤Pu-238大约有2.5×10²³原子-乘以衰变常数，我们发现应该有2×10²²原子每年都在衰变;一年大约有3.1×10^7.秒，所以这将给出约6.4×10的衰减率^14.每秒原子。并且由于每次衰减约为550万电子伏特（MEV），因此1公斤PU-238产生3.5×10^15.每秒mev。做一些单位转换使我们每秒大约550焦耳的能量产生 - 一个J / SEC是1瓦，所以每公斤PU-238生产550瓦的力量。一个5-kg RTG（就像那个推动的那个好奇罗孚在火星上）将推出近3千瓦的火力。这足以热量，足够大的PU-238将发光炽热;捕获的是，它可以转化为电力，为航天器供电 - 从热量到电能的转换效率为5％，这10公斤PU将产生约150瓦的电力。将热量变为电​​力的更有效的方式，但它们都有其局限性或者是未经证实的技术。

这就是Pu-238半衰期发挥作用的地方——50%的Pu-238需要87.7年的时间(发电量减少一半)，所以一年的发电量只会减少0.8%。钚-238的半衰期很短，足以产生剧烈的衰变速率——足以产生运行宇宙飞船所需的能量——但又足够维持几十年到达冥王星(宇宙飞船的目的地)新视野号飞船)或徘徊在木星和土星的轨道上(洛杉矶伽利略和卡西尼泳装）.没有Pu-238驱动的rts，我们就无法探索小行星带以外的地方。这就是为什么我们的核素储备可能耗尽的原因，使亚当斯警觉。亚当斯表示，美国宇航局已经推迟或取消了一些前往太阳系外的计划任务，包括研究木卫二的任务，木卫二的海洋被认为是地球外生命的首选居住地。能源部估计，每年2000万美元或更少的支出将足以满足NASA对Pu-238的需求，但这一数额尚未到来。

空间计划是有争议的，一直存在争议半个世纪。有些人减少了阿波罗的支出，尽管它给了我们人类对另一个世界的第一步。由于国际空间站有多种原因，班车计划也被火灾。无人驾驶的计划也受到了批评。在大多数这种批评中的常见线程是钱 - 询问为什么在世界上，我们应该花费数十亿美元来做点什么对我们在地球上的那些不提供有形的利益。那些使这个论点的人是那些不愿意花费（或浪费，因为他们把它造成）每年几十万美元来为航天器供电，这些航天器可以帮助我们了解更多关于我们宇宙社区的更多信息。

经济论证很难反驳经济理由 - 没有否认土星戒指或泰坦碳氢化合物海洋的特写照片并没有在家里喂食一名饥饿的人。就此而言，即使在火星（或Europa）上也不会发现生命不会在地球上喂饥饿。But there has got to be more to life than simple economics – if not then there would be no need for art, for music, for sports, or for any of the other things we do when we’re not working, eating, sleeping, or attending to personal hygiene.

讨论“纯粹”科学的相对优点超出了这篇文章的范围（虽然我确实讨论了它早些时候的帖子在本博客)。但我认为值得指出的是，公众对旅行者号探测器、伽利略号任务和卡西尼号飞船表现出了真正的兴趣——更不用说火星、金星和其他地方的任务了。我想认为深太空计划是否消受得起另外几个每年数千万美元的娱乐价值仅——特别是考虑到大量花在电影和电视节目,观众数量更少的人,提供小的启蒙或上升的精神。

另一点值得考虑的是，美国宇航局的太阳系外任务耗资超过10亿美元，而钚的成本只是这个数字的一小部分。虽然不是美国经济的主要组成部分，但美国国家航空航天局(NASA)的项目雇用了很多美国人来设计和建造机器和火箭，把它们送入太空，更不用说收集和分析数据的每个人了。由于缺乏几千万美元的钚，我们的深空能力和维持它运行的人可能会陷入停滞，这是一个耻辱。伴随着我们的太空计划，我们失去了其他一切——新知识的涌入，炫酷的图片，我们能把航天器发射到如此远的地方并让它工作这么长时间的自豪感，想想我们在宇宙中的位置(即使只是很短的一段时间)会产生一种奇妙的感觉——因为缺少一点钚而失去这种感觉将是一种犯罪。

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