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 RTG européen ?

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lambda0
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MessageSujet: RTG européen ?   Mer 14 Juil 2010 - 12:51

http://spaceflightnow.com/news/n1007/09rtg/

Pendant que les américains sont englués dans leurs problèmes pour relancer la production de Pu-238 destiné aux générateurs radioisotopiques des sondes (RTG), David Southwood, directeur du département de science et exploration robotique de l'ESA, affirme la volonté de l'ESA de se doter d'une capacité de production en Europe d'ici 2020.
Le programme nucléaire de l'ESA s'orienterait vers l'utilisation de l'Americium-241, un radioisotope de durée de vie supérieure au Plutonium-238 (mais produisant aussi moins de chaleur et plus de radiations que Pu-238).
Southwood a indiqué déjà disposer d'un budget de démarrage, mais un tel développement reste suspendu à l'approbation de l'ESA en 2011 ou 2014.
Il a également déclaré :
"Nous travaillons sur les aspects liés à la sécurité avec les autorités françaises pour permettre des lancements depuis Kourou."

Ptit clin d'oeil à nos amis américains :
"It's not just putative," Southwood said. "It's in order to have the capability by 2020. Our target is to have an independent capability, which may help our American friends."


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MessageSujet: Re: RTG européen ?   Mer 14 Juil 2010 - 13:14

Intéressant.
Si j'en crois l'article l'Americium 241 a une demi-vie plus longue mais un rendement inférieur.
Côté américain le générateur Stirling est en cours de test, mais ce n'est pas pour tout de suite si l'on en croit l'un des ingénieurs qui ne parierait pas une mission vers Europa sur ce système.
"Are we willing to bet a Europa mission on it? I'll tell you right now I'm not"
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lambda0
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MessageSujet: Re: RTG européen ?   Mer 14 Juil 2010 - 13:39

Demi-vie de 432 ans pour Am-241, contre 88 ans pour Pu-238.
Il faut en gros 5 fois plus de Am-241 que de Pu-238 pour produire la même puissance, et il faut plus de blindage.
Curieux choix.
Il faut peut-être chercher du côté des coûts de production (Am-241 peut être produit directement par séparation des déchets nucléaires issus de nos réacteurs, contrairement à Pu-238. Je pense que les coûts de production de Am-241 sont bien plus faibles).

Au moins, il y a des gens qui réfléchissent activement à ce genre de système à l'ESA, ce qui est consistant avec les objectifs d'exploration de Jupiter, Saturne, etc.

A+


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Outan




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MessageSujet: Re: RTG européen ?   Mer 14 Juil 2010 - 13:46

lambda0 a écrit:
Demi-vie de 432 ans pour Am-241, contre 88 ans pour Pu-238.
Il faut en gros 5 fois plus de Am-241 que de Pu-238 pour produire la même puissance, et il faut plus de blindage.
Curieux choix.
Il faut peut-être chercher du côté des coûts de production (Am-241 peut être produit directement par séparation des déchets nucléaires issus de nos réacteurs, contrairement à Pu-238. Je pense que les coûts de production de Am-241 sont bien plus faibles).

Au moins, il y a des gens qui réfléchissent activement à ce genre de système à l'ESA, ce qui est consistant avec les objectifs d'exploration de Jupiter, Saturne, etc.

A+

Pas vraiment, la puissance produite decroit de facon exponentielle. En faisant une regle des 80/20 on remarque que apres 16 ans le PU-238 a perdu 80% de sa puissance, alors que le Am-241 peut etre 10-15%. Donc au final il faut emporter "beaucoup" de Pu-238 pour pouvoir produire assez d'enrgie en fin de mission, donc des radiateurs et autres pour dissiper l'energie en surplus au debut, etc...`

Il faudrait faire un calcul detaillé mais le chagement n'est pas voir mauvais. Avis aux amateurs...
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lambda0
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MessageSujet: Re: RTG européen ?   Mer 14 Juil 2010 - 14:22

Outan a écrit:

Pas vraiment, la puissance produite decroit de facon exponentielle. En faisant une regle des 80/20 on remarque que apres 16 ans le PU-238 a perdu 80% de sa puissance, alors que le Am-241 peut etre 10-15%. Donc au final il faut emporter "beaucoup" de Pu-238 pour pouvoir produire assez d'enrgie en fin de mission, donc des radiateurs et autres pour dissiper l'energie en surplus au debut, etc...`
Je ne comprends pas ton raisonnement, au bout de 16 ans, la diminution de puissance thermique est négligeable pour Pu-238, dont la demi-vie est de 88 ans.

A+


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MessageSujet: Re: RTG européen ?   Mer 14 Juil 2010 - 15:23

lambda0 a écrit:
Demi-vie de 432 ans pour Am-241, contre 88 ans pour Pu-238.
Il faut en gros 5 fois plus de Am-241 que de Pu-238 pour produire la même puissance, et il faut plus de blindage.
Curieux choix.
Il faut peut-être chercher du côté des coûts de production (Am-241 peut être produit directement par séparation des déchets nucléaires issus de nos réacteurs, contrairement à Pu-238. Je pense que les coûts de production de Am-241 sont bien plus faibles).
A-t-on des données sur la puissance massique (blindage compris) d’un tel RTG à l'Américium 241 au départ et de son évolution en fonction du temps en tenant compte de la décroissance radioactive ? Quelles sont les données correspondantes pour un RTG au Plutonium 238 ?
Un autre avantage serait peut-être aussi d’éloigner une partie de cet Américium de notre planète - plutôt que de le stocker sans utilisation pendant des siècles - et ainsi de le valoriser . Sa lente décroissance radioactive pourrait alors se transformer en avantage sur des sondes au long cours ou des bases extra terrestes permanentes.
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lambda0
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MessageSujet: Re: RTG européen ?   Mer 14 Juil 2010 - 17:00

Giwa a écrit:
lambda0 a écrit:
Demi-vie de 432 ans pour Am-241, contre 88 ans pour Pu-238.
Il faut en gros 5 fois plus de Am-241 que de Pu-238 pour produire la même puissance, et il faut plus de blindage.
Curieux choix.
Il faut peut-être chercher du côté des coûts de production (Am-241 peut être produit directement par séparation des déchets nucléaires issus de nos réacteurs, contrairement à Pu-238. Je pense que les coûts de production de Am-241 sont bien plus faibles).
A-t-on des données sur la puissance massique (blindage compris) d’un tel RTG à l'Américium 241 au départ et de son évolution en fonction du temps en tenant compte de la décroissance radioactive ? Quelles sont les données correspondantes pour un RTG au Plutonium 238 ?
Je dois avoir les valeurs absolues dans mes tablettes gravées en cunéiformes, mais j'ai une grosse flemme de chercher aujourd'hui.
Mais en fait, en première approximation, la puissance massique se calcule facilement.
Il suffit de connaitre :
- l'énergie libérée par la décroissance d'un noyau : 5.6 MeV pour le alpha éjecté par Am-241. kifkif pour Pu-238
- la masse du noyau. Fastoche : 241 uma pour Am-241
- la demi-vie (donnée plus haut)
Tout ça hors blindage, conversion électrique et tutti quanti, et en négligeant quelques réactions secondaires, c'est juste pour avoir des ordres de grandeur de la puissance thermique.

Exo bac+1. Je repasse demain prendre les copies Wink

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Giwa
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MessageSujet: Re: RTG européen ?   Mer 14 Juil 2010 - 17:38

lambda0 a écrit:

Exo bac+1. Je repasse demain prendre les copies Wink

Les devoirs de vacances ...je compte sur les autres ! Wink Après demain je pars en vacances pour plusieurs semaines blbl
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Outan




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MessageSujet: Re: RTG européen ?   Mer 14 Juil 2010 - 19:07

lambda0 a écrit:
Outan a écrit:

Pas vraiment, la puissance produite decroit de facon exponentielle. En faisant une regle des 80/20 on remarque que apres 16 ans le PU-238 a perdu 80% de sa puissance, alors que le Am-241 peut etre 10-15%. Donc au final il faut emporter "beaucoup" de Pu-238 pour pouvoir produire assez d'enrgie en fin de mission, donc des radiateurs et autres pour dissiper l'energie en surplus au debut, etc...`
Je ne comprends pas ton raisonnement, au bout de 16 ans, la diminution de puissance thermique est négligeable pour Pu-238, dont la demi-vie est de 88 ans.

A+


Ho la boulette! je viens de louper mon Bac!
La regles des 80/20 marche sur toute la vie et non pas seulement la demi-vie. Etant donné la durée de celles-ci (longues) et la durée d'une mission (courte) il n'y a pas trop d'interet à avoir une demi-vie vraiment plus longue.

Mes excuses.

Xavier
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CosmoS




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MessageSujet: Re: RTG européen ?   Mer 14 Juil 2010 - 21:00

lambda0 a écrit:
Outan a écrit:

En faisant une regle des 80/20 on remarque que apres 16 ans le PU-238 a perdu 80% de sa puissance, alors que le Am-241 peut etre 10-15%.
Je ne comprends pas ton raisonnement, au bout de 16 ans, la diminution de puissance thermique est négligeable pour Pu-238, dont la demi-vie est de 88 ans.
Je ne suis pas du tout spécialiste de ces questions, mais si je ne me suis pas trompé dans le calcul, la diminution de puissance est quand même dans les -12 % pour le Pu-238, non ? Contre -2,5 % pour l'Am-241.
Après, c'est vrai qu'une dizaine de %, ça peut être considéré comme négligeable, ou du moins très acceptable.
Pour le reste de l' "exo bac+1", je passe la main. Wink
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MessageSujet: Re: RTG européen ?   Mer 14 Juil 2010 - 21:05

L’important est tout de même la puissance massique - blindage et accessoires compris - est dans ce domaine on obtient des performances assez dispersées selon les RTG au plutonium 239 ayant déjà fonctionné et souvent plus de 10 fois inférieur à la puissance massique par kg de matière radioactive.
Voir :
http://resosol.org/InfoNuc/technique/propulsions.html

On peut supposer qu’il en sera de même si on adopte des RTG à l’américium 241. Finalement seules des données sur des RTG expérimentaux ayant déjà fonctionnés en laboratoire permettraient d’en savoir plus.

Bon je dois me débrancher de ce sujet - par ailleurs fort interessant - car le feu d'artifice du 14 juillet m'attend pour ce soir ...et les valises pour demain .Donc à mon retour.
Cordialement,
Giwa


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MessageSujet: Re: RTG européen ?   Jeu 15 Juil 2010 - 7:39

Le facteur limitant, actuellement, est surtout la disponibilité et le coût du radioisotope, et la puissance massique du matériau seul détermine quelle quantité il en faut pour une puissance électrique requise.
La NASA a développé l'ASRG, qui fait passer le rendement de conversion électrique de 8% à 25% parce que celà permet de diminuer dans le même rapport la quantité de Pu-238 requise, et le coût correspondant.

Corrigé de mon ptit exo:
5.5e6*1.6e-19*6.02e23=5.3e11 J/mol, soit E0=2.2e12 J/kg, contenu énergétique initial
Ensuite, le nombre de noyaux décroit comme :
n(t)=n0*exp(-a*t), avec a=ln(2)/T, T=demi-vie
En contenu énergétique :
E(t)=E0*exp(-a*t)
La puissance est la dérivée, soit :
P(t)=a*E0*exp(-a*t)
A t=0, pour Pu-238, ça fait P0=550 W/kg
(du coup, on comprend pourquoi sur la photo, le bloc de Pu-238 est porté au rouge)
Pour Am-241 : P0=112 W/kg
A partir de ça, connaissant le rendement de conversion électrique, on voit combien il en faut pour obtenir une puissance électrique donnée.
Il me semble que la production du Pu-238 revient à quelques millions de $ par kg (filière particulière, ce n'est pas directement extrait des déchets nucléaires des centrales).
D'un autre côté, Am-241 a une valeur économique négative, c'est un déchet nucléaire assez embêtant, on est prêt à payer pour s'en débarrasser, et les procédés de séparation doivent être au point maintenant.
D'où l'idée que l'intérêt pour Am-241 est surtout économique, même si ça pèse un peu plus en blindage.

A+


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montmein69




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MessageSujet: Re: RTG européen ?   Jeu 15 Juil 2010 - 11:28

Un article avec un comparatif des différents radio-isotopes pouvant être utilisés

http://fr.academic.ru/dic.nsf/frwiki/749193
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