帶有圓頂結(jié)構(gòu)、研究模塊、觀察艙和通信衛(wèi)星天線的月球基地示意圖(圖片來源：NNL)

自 1960 年代初以來，以钚 238 為燃料的放射性同位素動力系統(tǒng)(有時稱為核電池)已普遍用于太空任務。放射性同位素熱電發(fā)電機和放射性同位素加熱器裝置可以在長時間的深空任務中持續(xù)提供電力和熱量。Pu-238 是通過輻照研究反應堆中從研究反應堆燃料或特殊目標中回收的镎 237 制成的。Pu-238 僅在供應有限的美國和俄羅斯生產(chǎn)，因此迫切需要替代品。

這項由英國航天局委托和資助的 NNL 工作將在位于坎布里亞郡塞拉菲爾德基地的 NNL 旗艦中心實驗室的一個價值 1900 萬英鎊(2300 萬美元)的新實驗室中交付，該實驗室配備了下一代設(shè)備和技術(shù)。

他們表示，它將在全球短缺的情況下為太空電池提供主權(quán)燃料供應，使英國及其合作伙伴能夠開展新的太空科學和探索任務。

在獲得英國航天局的支持之前，英國對歐洲航天局的一系列新計劃進行了創(chuàng)紀錄的投資，其中包括 2200 萬英鎊用于使用放射性同位素能量的歐洲設(shè)備 (ENDURE)，該項目將使用放射性同位素開發(fā)用于加熱和為航天器提供動力的系統(tǒng)。

NNL 表示自 2009 年以來一直致力于這項工作，當時其研究人員首次發(fā)現(xiàn)镅 241 是 Pu-238 的替代品，它是在核反應堆用過的燃料發(fā)生放射性衰變時產(chǎn)生的，它可以發(fā)出 400 多小時的能量年。2019 年，NNL 和萊斯特大學宣布他們已經(jīng)從镅中產(chǎn)生了可用的電力。這一成就被視為邁向镅在太空電池中的潛在用途的一步。

合作伙伴表示，隨著 Sellafield 的 Am-241 供應充足，新的合作“將把一個經(jīng)過驗證的科學概念變成一個完全實現(xiàn)的技術(shù)”。

由 Am-241 供電的太空電池預計將在未來四年內(nèi)投入使用，并可能首先用于歐洲航天局的阿爾戈號登月任務和未來的深空任務。

“能夠提供全球獨一無二的镅 241 供應將鼓勵投資并為尋求探索核能的各種英國工業(yè)釋放增長機會，”英國科學大臣喬治弗里曼說。

“在過去的 50 年里，太空任務一直使用钚 238 來阻止航天器凍結(jié)，但供應非常有限，”NNL 負責這項工作的客戶總監(jiān)蒂姆·廷斯利 (Tim Tinsley) 指出。“在 NNL，我們已經(jīng)確定了镅 241 的大量儲量，這是一種放射性同位素，其性質(zhì)與钚 238 相似，但具有改變英國太空雄心的潛力。

“這項工作在英國航天局的支持下得以實現(xiàn)，它將見證我們運用數(shù)十年在分離和純化用過的核材料方面的經(jīng)驗，以釋放巨大的公共利益，它是我們核工業(yè)目標的核心科學造福社會。”

英國航天局首席執(zhí)行官保羅貝特補充說：“這種制造镅為太空任務提供動力的創(chuàng)新方法將使我們不僅能夠更長時間地維持對月球和火星的探索，而且能夠比以往任何時候都更深入地探索太空。支持國家核實驗室的擴建將使英國成為世界上唯一能夠生產(chǎn)這種可行的钚替代品的國家，從而減少全球太空界對有限供應的依賴，而獲得這些供應的難度和成本越來越高。

“英國航天局致力于保持太空活動的可持續(xù)性，這項足智多謀的技術(shù)利用了其他未使用的廢钚副產(chǎn)品，而不會產(chǎn)生額外的廢物。”