miniatura|Diagrama dun dos RTG usados na misión Cassini-Huygens. Un xerador termoeléctrico de radioisótopos ou RTG polas súas siglas en inglés (Radioisotope thermoelectric generator) é un tipo de batería nuclear que usa un conxunto de termopares para converter o calor procedente do decaemento dun material radioactivo en electricidade mediante o efecto Seebeck. Este tipo de xerador non ten partes móbiles e non necesita enerxía solar, polo que son ideais para producir enerxía en lugares afastados durante longos períodos de tempo. Ao non ter partes móbiles redúcese tamén o risco de avaría.
Os RTG son a fonte de enerxía máis adecuada para situacións onde non pode haber mantemento e se necesitan só uns poucos centos de vatios de potencia para duracións demasiado longas como para usar células de combustible, baterías ou xeradores e en lugares onde as células solares non son prácticas. Os RTG usáronse como fonte de enerxía en satélites, sondas espaciais e instalacións non habitadas como algúns faros construídos pola Unión Soviética no círculo ártico.
O uso seguro dos RTG implica a contención dos radioisótopos despois do tempo de vida útil do xerador. O alto custo dos RTG fai que se usen só en aplicacións moi concretas ou especiais.
Historia thumb|300px|Unha cápsula de 238PuO2 como as usadas nos RTG das naves Cassini e Galileo. A foto foi tomada despois de illar a cápsula baixo unha manta de grafito durante varios minutos e despois retirala. A cápsula resplandece cun tono vermello debido ao calor xerado polo decaemento radioactivo. Ao principio da súa vida producía 62 W.
O RTG foi inventado en 1954 nos laboratorios Mound polos científicos Kenneth C. Jordan e John Birden. Jordan e Birden traballaron baixo un contrato do Corpo de Sinalización do Exército que deu comezo o 1 de xaneiro de 1957 para levar a cabo unha investigación sobre materiais radioactivos e termopares que puideran xerar electricidade a partir do calor usando polonio 210 como fonte. Máis tarde os RTG foron desenvolvidos polos mesmos laboratorios baixo un contrato coa Comisión da Enerxía Atómica dos Estados Unidos nun proxecto liderado polo doutor Bertram C. Blanke.
O primeiro RTG lanzado ao espazo polos Estados Unidos foi o SNAP 3B en 1961, alimentado por 96 gramos de plutonio 238, a bordo do satélite Transit 4A. Un dos primeiros usos terrestres dun RTG tivo lugar en 1966 pola armada dos Estados Unidos en Fairway Rock, un lugar deshabitado de Alasca onde se usaron RTGs ata 1995.
Unha aplicación habitual dos RTG é a produción de enerxía en naves espaciais. As unidades de Sistemas para Enerxía Nuclear Auxiliar (SNAP en inglés) foron usadas en sondas que viaxan lonxe do Sol, onde os paneis solares non proporcionan enerxía suficiente. Foron usadas nas sondas Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 1, Voyager 2, Galileo, Ulysses, Cassini, New Horizons e no rover Mars Science Laboratory. Foron usados tamén nos dous aterrizadores marcianos do programa Viking e nos experimentos científicos deixados na superficie lunar polas misións do proxecto Apollo. Os RTG tamén tiveron uso en órbita terrestre nos satélites meteorolóxicos Nimbus, nos Transit e nos LES. En comparación, so uns poucos satélites levaron a bordo reactores nucleares auténticos, en concreto os soviéticos US-A e o estadounidense SNAP-10A.
Ademais de en naves espaciais, a Unión Soviética construíu 1007 RTG para alimentar faros non habitados en balizas de navegación na costa ártica a finais dos anos 1980. Na Unión Soviética construironse diferentes tipos de RTG para diferentes propósitos. Os faros deixaron de manterse durante anos despois da caída da Unión Soviética. Algunhas unidades desapareceron tanto debido a saqueos como á acción da propia natureza. En 1996 deu comezo un proxecto por parte do goberno ruso con apoio internacional para retirar RTGs de faros e en 2021 tódolos RTGs foran xa retirados.
Ata 1992 a Forza Aérea dos Estados Unidos tamén usaba RTGs en equipamento situado en localizacións remotas no ártico e o goberno usou centos de unidades para alimentar estacións remotas por todo o mundo. En Alasca, estacións con sensores para radares de longo alcance usan RTGs con estroncio 90, a gran número de unidades semellantes foron despregadas nos fondos mariños.Alaska fire threatens air force nukes , WISE, 16 de outubro de 1992, accedido o 17 de outubro de 2023.
No pasado usáronse pequenas "células de plutonio" (RTGs moi pequenos con plutonio 238) en marcapasos para asegurar unha vida longa á batería. Nuclear-Powered Cardiac Pacemakers , LANL Cando se descubriu que a fonte de calor non permanecía intacta durante a cremación, en 1972, o programa cancelouse ao non haber garantías de que as unidades non fosen ser cremadas cos corpos dos seus usuarios.
Deseño O deseño dun RTG é sinxelo para os estándarse da tecnoloxía nuclear: o compoñente principal é un contedor de material radioactivo (o combustible). Nas paredes do contedor situánse termopares co extremo exterior do termopar conectado a un sumideiro de calor. O decaemento radioactivo do combustible produce calor, e a diferenza de temperatura entre o combustible e a fonte de calor permite aos termopares xerar electricidade.
Un termopar é un dispositivo termoeléctrico que converte enerxía térmica directamente en enerxía eléctrica usando o efecto Seebeck. Está feito de dous tipos de metais ou semiconductores. Se se conectan un ao outro nun bucle pechado e as dúas unións están a temperaturas distintas establécese un fluxo de electricidade no bucle. Os termopares soen conectarse en serie para xerar unha maior voltaxe.
Os RTGs e os reactores de fisión usan reaccións nucleares moi distintas. Os reactores nucleares producen a fisión controlada de material nuclear nunha reacción en cadea que produce grandes cantidades de enerxía, mentres que nos RTGs a calor prodúcese polo decaemento radioactivo espontáneo de maneira non controlada e sempre decrecente a medida que o material sofre reaccións de decaemento, segundo a súa cantidade inicial e a súa vida media. Nun RTG non se pode variar a cantidade de calor xerada polo material radioactivo nin se pode apagar para acendelo máis adiante, polo que para satisfacer a demanda de picos de enerxía en momentos dados é necesario un sistema de enerxía auxiliar (como baterías recargables) e ademais é necesario un sistema de refrixeración en todo momento. Aínda que nun RTG non pode ter lugar unha fusión do material si segue existindo o risco de contaminación radioactiva se o contedor se rompe ou degrada.
Desenvolvementos Debido á escaseza de plutonio 238 propúxose un novo tipo de RTG asistido por reaccións subcríticas. Neste tipo de RTG, o decaemento alfa do radioisótopo úsase tamén en reaccións neutrón-alfa cun elemento adecuado como o berilio, producindo así unha fonte de neutróns de longa vida. Dado que o sistema traballa cunha criticidade próxima pero inferior a 1, acádase unha multiplicación subcrítica que incrementa o fondo de neutróns e produce enerxía por reaccións de fisión. Aínda que o número de fisións producidas no RTG é moi pequeno (o que fai que a cantidade de radiación gamma sexa desprezable), ao producir cada reacción de fisión 30 veces máis enerxía que cada decaemento alfa (200 MeV contra 6 MeV) pódese gañar ata un 10% máis de enerxía, ou equivalentemente pódese usar menos plutonio 238 para obter o mesmo rendemento que nun RTG tradicional. A idea foi proposta á NASA en 2012 na competición anual NASA NSPIRE, chegándose a facer estudos de viabilidade en 2013.Design of a high power (1 kWe), subcritical, power source
Propúxose o uso de RTG en precursoras de misións interestelares e nunha sonda interestelar. Un exemplo témolo na proposta Innovative Interstellar Explorer de 2003 da NASA. En 2002 propúxose un RTG que use americio 241 para este tipo de misión. Cun RTG así poderían ter lugar misións interestelares de máis de 1000 anos de duración debido ao decaemento máis lento do americio comparado co plutonio. No estudo examináronse outros isótopos tendo en conta diferentes parámetros. En 1999 propúxose unha sonda interestelar que usase tres fontes de enerxía avanzada baseadas en radioisótopos. A electricidade xerada polos RTGs pode usarse para alimentar instrumentos científicos e para a comunicación coa Terra. Unha misión propuxo utilizar a electricidade para alimentar motores iónicos.
Tamén se propuxo unha mellora para RTG baseada nun campo eléctrico autoinducido. Segundo os autores se poderían chegar a aumentos dun 10% na xeración de enerxía usando fontes beta.
Modelos Un RTG típico está alimentado polo decaemento radioactivo e produce electricidade mediante conversión termoeléctrica, pero se inclúen neste apartado algúns sistemas con variacións sobre o concepto básico.
Espaciais Sistemas de enerxía coñecidos en naves espaciais e outros dispositivos e o seu destino, que pode ser variado, como por exemplo o SNAP-27 das misións Apollo que foron deixados sobre a Lúa. Outras naves levaban pequenos quentador de radioisótopos, por exemplo os Mars Exploration Rovers levaban un quentador de radioisótopos de 1 W de potencia. As naves usan diferentes cantidades de material, como por exemplo o rover Curiosity, cos seus 4,8 kg de dióxido de plutonio 238.
Nome e modeloUsado en (n° de RTGs por nave)Saída máximaRadio-isótopoMáximo combustibleusado (kg)Masa (kg)Potencia/masa (W eléctricos/kg)Eléctrica (W) Térmica (W)MMRTG MSL/Rover Curiosity e Perseverance Aprox. 110 Aprox. 2000 238Pu Aprox. 4 <45 2,4GPHS-RTG Cassini (3), New Horizons (1), Galileo (2), Ulysses (1) 300 4400 238Pu 7,8 55,9–57,8 5,2–5,4MHW-RTG LES-8/9, Voyager 1 (3), Voyager 2 (3) 160 2400 238Pu Aprox. 4,5 37,7 4,2SNAP-3B Transit-4A (1) 2,7 52,5 238Pu ? 2,1 1,3SNAP-9A Transit 5BN1/2 (1) 25 525 238Pu Aprox. 1 12,3 2,0SNAP-19 Nimbus-3 (2), Pioneer 10 (4), Pioneer 11 (4) 40,3"Space Nuclear Power" G.L.Bennett 2006 525 238Pu Aprox. 1 13,6 2,9SNAP-19 modificado Viking 1 (2), Viking 2 (2) 42,7 525 238Pu Aprox. 1 15,2 2,8SNAP-27 Apollo 12–17 ALSEP (1) 73 1,480 238Pu 3,8 20 3,65 (reactor de fisión) Buk (BES-5)** US-As (1) 3000 100 000 235U altamente enriquecido 30 1000 3,0 (reactor de fisión) SNAP-10A*** SNAP-10A (1) 600 30,000 highly enriched 235U 431 1.4 ASRG**** prototipo (non lanzado), Programa Discovery Aprox. 140 (2x70) Aprox. 500 238Pu 1 34 4,1
**Non era realmente un RTG, o BES-5 Buk (БЭС-5) era un reactor rápido que usaba termopares baseados en semicondutores para converter calor directamente en electricidade.
***Non era realmente un RTG, o SNAP-10A usaba combustible de uranio enriquecido, hidruro de circonio como moderador, unha aliaxe de sodio e potasio líquidos como refrixerante e era activado ou desactivado con reflectores de berilio. A calor do reactor alimentaba un sistema de conversión termoeléctrico para producir electricidade.
****Non é realmente un RTG, o ASRG usa un motor Stirling impulsado polo calor dos radioisótopos.
Terrestres Nome e modeloUsoSaída máximaRadioisótopoMáximo combustible usado (kg)Masa (kg)Eléctrica (W) Térmica (W)Beta-M Balizas e faros soviéticos non habitados e obsoletos 10 230 90SrTiO3]] 0,26 560Efir-MA 30 720 ? ? 1250IEU-1 80 2200 90Sr ? 2500IEU-2 14 580 ? ? 600Gong 18 315 ? ? 600Gorn 60 1100 ? ? 1050IEU-2M 20 690 ? ? 600IEU-1M 120 (180) 2200 (3300) 90Sr ? 2(3) × 1050Sentinel 25 Sitios de monitorización remota dos Estados Unidos no ártico 9–20 SrTiO3 0,54 907–1814Sentinel 100F 53 Sr2TiO4 1,77 1234RIPPLE X Boias e faros 33Irish Lights- Rathlin O'Birne SrTiO3 1,500
Combustibles thumb|Inspección dos RTGs da nave Cassini antes do lanzamento. thumb|New Horizons na sala de montaxe. O material radioactivo usado nos RTGs debe cumprir varias características: