Generador termoeléctrico de radioisótopos para niños
Un generador termoeléctrico de radioisótopos o RTG (por sus siglas en inglés) es un aparato que produce electricidad. Obtiene su energía del calor que se libera cuando ciertos materiales radiactivos se desintegran. Dentro de un RTG, este calor se convierte directamente en electricidad usando unos dispositivos llamados termopares. Los termopares transforman el calor en energía eléctrica gracias a un efecto especial.
Los RTG son como un tipo de batería de larga duración. Se usan en lugares donde no hay personas y se necesita energía por mucho tiempo, como en satélites, naves espaciales no tripuladas y estaciones remotas. Son ideales cuando otras fuentes de energía, como las pilas o los paneles solares, no son prácticas o económicas.
Contenido
¿Cómo funciona un RTG?
El diseño de un RTG es bastante sencillo. Su parte principal es un contenedor muy resistente que guarda el material radiactivo. Alrededor de este contenedor se colocan los termopares. Estos termopares tienen un lado que toca el contenedor caliente y otro lado que está conectado a un disipador de calor (una pieza que ayuda a liberar el calor al exterior).
El material radiactivo dentro del contenedor produce calor al desintegrarse. Este calor viaja hacia afuera, pasa por los termopares y luego se dispersa por el disipador.
¿Qué es un termopar?
Un termopar es un dispositivo que convierte el calor en electricidad de forma directa. Está hecho de dos metales o semiconductores diferentes que están unidos. Si estas uniones tienen temperaturas distintas, se crea una pequeña diferencia de voltaje que genera una corriente eléctrica.
Materiales para los RTG
Los materiales radiactivos que se usan en los RTG deben tener ciertas características:
- Deben generar calor de forma constante durante mucho tiempo. Esto significa que su "vida media" (el tiempo que tarda la mitad del material en desintegrarse) debe ser de varias décadas.
- Para las misiones espaciales, el material debe producir mucho calor en relación con su peso y tamaño.
- Es mejor que emitan un tipo de radiación que no sea muy penetrante, como las partículas alfa. Esto ayuda a que el dispositivo no necesite un blindaje muy grueso.
Los materiales más comunes para los RTG son el plutonio-238, el curio-244 y el estroncio-90. El plutonio-238 es el más usado en las naves espaciales porque necesita menos blindaje y produce calor por mucho tiempo (su vida media es de 87.7 años).
Otros materiales que se han estudiado incluyen el polonio-210 y el americio-241. El americio-241 tiene una vida media muy larga (432 años), lo que permitiría a un RTG funcionar durante siglos, aunque produce menos calor por gramo que el plutonio-238.
Historia y usos de los RTG
El concepto de usar termopares para prolongar la vida de las naves espaciales fue sugerido por Arthur C. Clarke. Los primeros RTG se desarrollaron en Estados Unidos a finales de los años 1950.
El primer RTG que se lanzó al espacio fue el SNAP 3 en 1961, a bordo del satélite Transit 4A. Desde entonces, los RTG se han usado en muchas misiones espaciales que viajan lejos del Sol, donde los paneles solares no pueden funcionar.
Usos en el espacio
Los RTG son muy importantes para las sondas espaciales. Algunos ejemplos de misiones que los han usado son:
- Las sondas Pioneer 10 y Pioneer 11.
- Las famosas Voyager 1 y Voyager 2.
- Las sondas Galileo, Ulysses, Cassini y New Horizons.
- También se usaron en las sondas Viking que aterrizaron en Marte, y en experimentos en la Luna durante las misiones Apolo 12 a Apolo 17.
Además de generar electricidad, los RTG también se usan para producir calor y mantener calientes los instrumentos de las sondas en el frío espacio, como en los rovers de Marte.
Usos en la Tierra
Los RTG también se han utilizado en la Tierra, especialmente en lugares remotos. Por ejemplo, la Marina de EE. UU. usó un RTG en una isla deshabitada de Alaska desde 1966 hasta 1995 para alimentar un sistema de vigilancia ambiental.
La Unión Soviética construyó muchos faros y balizas de navegación en zonas remotas que funcionaban con RTG de estroncio-90. Estos dispositivos eran muy fiables.
También se usaron pequeños RTG de plutonio-238 en algunos marcapasos para el corazón.
¿Cuánto duran los RTG?
La mayoría de los RTG usan plutonio-238, que tiene una vida media de 87.7 años. Esto significa que su potencia disminuye lentamente con el tiempo. Por ejemplo, un RTG pierde aproximadamente un 0.787% de su potencia cada año.
Además de la desintegración del material, los termopares también pueden perder eficiencia con el tiempo. Por ejemplo, los RTG de las sondas Voyager, después de muchos años, seguían funcionando, pero sus termopares ya no eran tan eficientes como al principio.
Eficiencia de los RTG
Los termopares son muy fiables y duran mucho, pero no son muy eficientes. Solo convierten entre el 3% y el 7% del calor en electricidad. Los científicos buscan formas de mejorar esta eficiencia para usar menos material radiactivo y hacer los RTG más pequeños y económicos.
Se han investigado otras tecnologías, como las células termofotovoltaicas, que pueden convertir la luz infrarroja en electricidad, y los generadores dinámicos, como los que usan un motor Stirling. Estos últimos han mostrado eficiencias mucho mayores (hasta el 23% en prototipos) y podrían usarse en futuras misiones, como los rovers de Marte.
Seguridad de los RTG
Los RTG están diseñados para ser muy seguros. El material radiactivo se guarda en contenedores muy resistentes. La principal preocupación es que el contenedor se rompa y libere el material, especialmente durante el lanzamiento de una nave espacial.
Sin embargo, los diseños modernos de los RTG son muy robustos. Por ejemplo, en la misión Cassini-Huygens, lanzada en 1997, se calculó que la probabilidad de que el combustible se escapara era muy baja. La misión se lanzó con éxito y la sonda llegó a Saturno sin problemas.
El plutonio-238 usado en los RTG emite partículas alfa, que no pueden atravesar la piel. Sin embargo, si el material fuera ingerido, podría ser peligroso para los órganos internos.
Ha habido algunos accidentes con sondas espaciales que llevaban RTG, pero los diseños de seguridad han demostrado ser efectivos. Por ejemplo, en 1970, durante la misión Apolo 13, el módulo lunar con un RTG reentró en la atmósfera y cayó en el océano Pacífico. El contenedor del RTG estaba diseñado para sobrevivir a la reentrada y se cree que sigue intacto en el fondo del mar, sin liberar plutonio.
Para minimizar los riesgos, el material radiactivo se guarda en módulos con blindaje especial. Estos módulos están envueltos en capas de iridio y grafito, materiales muy resistentes al calor y a la corrosión. Además, el plutonio se fabrica en una forma cerámica que es muy difícil de romper o dispersar.
Modelos de RTG
| Nombre y modelo | Usado en (número de RTG por usuario) | Potencia máxima | Material radiactivo | Cantidad usada (kg) |
Masa (kg) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Eléctrica (W) | Térmica (W) | |||||
| SRG* | prototipo MSL | ~110 (2x55) | ~500 | Pu238 | ~1 | ~34 |
| MMRTG | prototipo, MSL | ~110 | ~2000 | Pu238 | ~4 | <45 |
| GPHS-RTG | Cassini (3), New Horizons (1),
Galileo (2), Ulysses (1) |
300 | 4400 | Pu238 | 7.8 | 55.5 |
| MHW-RTG | Voyager 1 (3), | 160 | 2400 | Pu238 | ~4.5 | 39 |
| SNAP-19 | Viking 1 (2), Viking 2 (2), | 35 | 525 | Pu238 | ~1 | ??? |
| SNAP-27 | Apolo 12-17 ALSEP (1) | 73 | 1480 | Pu238 | 3.8 | 20 |
| Beta-M | Balizas y faros automáticos soviéticos | 10 | 230 | Sr90 | .26 | 560 |
"*":El SRG no es un RTG, es en realidad un Motor Stirling.
Galería de imágenes
-
Inspeccionando los niveles de radiación de los RTG de la Cassini-Huygens.
Véase también
En inglés: Radioisotope thermoelectric generator Facts for Kids
- Sistema nuclear de potencia auxiliar
- Energía nuclear
- Energía nuclear en el espacio
