¿Cuál es la energía específica total de RTG?

¿Cuántos julios de energía eléctrica puede extraer de una batería RTG durante su vida útil y cuál es la masa de esa batería? (entero; carcasa, termopares, combustible y todo.)

(Dándose cuenta de que la potencia cae asintóticamente hacia cero con el tiempo, elija cualquier punto de corte razonable que desee, por ejemplo, el 10% de la salida inicial o cualquier otro que prefiera).

Las clasificaciones de potencia están disponibles aquí ; tenga en cuenta que se han fabricado en muchos tamaños. Puede ser útil para cualquiera que quiera probar.
@Andy: carece de puntos de datos sobre la caída de energía a lo largo del tiempo. ¿Es una función directa de la descomposición del Pu-238 (la mitad de la producción después del período de vida media) o depende de otros factores?
De acuerdo, tienes todas las piezas. Muéstranos los números de una nave interestelar impulsada por láser RTG.
@RussellBorogove: Está en algún lugar en el registro posterior de Pod Bay, y no parece prometedor, obtuve algo del orden de 1 m/s por 11 días. Eso es un mísero 9 km / s durante la vida útil de la nave si uso la cifra de 291 años y descarto la caída exponencial. Los fotones emitidos localmente forman una masa de reacción realmente pésima.
(y no es una propulsión láser (el láser es un dispositivo derrochador) sino una propulsión de fotones , tomando toda la radiación RTG, térmica, gamma, etc., y reflejándola "hacia atrás", para pérdidas mínimas y empuje máximo. (en realidad menos el 5% más o menos convertido en electricidad, que se usaría para hacer funcionar los sistemas de sonda. El "calor residual" sería la fuerza propulsora.) )

Respuestas (2)

La vida útil de un generador termoeléctrico de radioisótopos (RTG) depende completamente del tamaño que desee que tenga. Un RTG más grande vivirá más tiempo, pero obviamente será más masivo. El RTG de Curiosity pesa 45 kg, incluido todo el revestimiento exterior.

Todos los RTG en uso por la NASA usan plutonio-238 como fuente de combustible. Según Wikipedia , el Pu-238 tiene una vida media de 87,7 años, lo que significa que la potencia de salida disminuirá aproximadamente un 0,787 % por año. El RTG de Curiosity fue diseñado para proporcionar 125 vatios de potencia cuando se construyó por primera vez. Suponiendo esta tasa de disminución constante, la energía suministrada por el RTG de Curiosity tardará 114,35 años en disminuir al 10%. Por supuesto, Curiosity requiere mucho más de 12,5 vatios de potencia para funcionar, por lo que habrá fallado mucho antes.

Haciendo algunos cálculos aproximados, en el transcurso de 114,35 años, el RTG de Curiosity suministrará un total de 248 000 000 000 julios. Para calcular esto, simplemente integré:

mi = 125 w a t t s − ( 0.00787 ) 1 y mi a r 3.154 ∗ 10 7 s mi C o norte d s ( 125 w a t t s ) ∗ t
(No tengo experiencia con MathJax, así que esto es lo mejor que pude hacer con el formato de la ecuación. Estoy bastante seguro de que esta matemática es correcta, aunque alguien podría querer verificarla por mí).

Puede encontrar más información sobre los RTG utilizados en misiones específicas aquí , tal como lo proporcionó Andy en el comentario a la pregunta original.

Bien, así que 10 gigajulios por kg. Con un impulsor mágico que no pesa nada, funciona al 100 % de eficiencia y convierte toda la energía eléctrica de entrada en energía cinética (velocidad), el RTG apenas superaría los 140 km/s (10 GJ de energía cinética por kilogramo). El impulsor nuclear no será un impulso relativista.
@SF. tenga en cuenta que, por cierto, los RTG tienen menos del 10% de eficiencia. Entiendo que los típicos pueden producir 100 W de electricidad, pero en realidad generan más de 1 kW como energía térmica (calor residual).
@Andy: pero ese "impulso mágico" no es del todo un unobtainium: un impulso de iones en forma de acelerador lineal, que explota el vacío y la inmensidad del espacio (simplemente, es más largo de lo posible en la Tierra y, al mismo tiempo, muy liviano) podría muy bien dar combustible ISp de proporciones relativistas, e incluso podría funcionar con un medio interplanetario, pero funcionaría con electricidad, no con energía térmica.
Esta es una suposición razonable, sin embargo, los RTG reales no se descomponen de manera tan ordenada. Había un enlace a una presentación en la última pregunta de RTG que tenía un gráfico muy interesante con la salida a lo largo del tiempo frente al decaimiento de Pu238 en la página 27. El mejor resultado fue para el sistema de energía de la Voyager, que aún se descompuso al doble de la velocidad que uno esperaría. de la simple decadencia.
Aquí está el enlace a esa presentación.
La potencia no disminuye linealmente. Disminuye exponencialmente. El 10% está en 291 años, no en 114 años. La integración de la ecuación lineal también da la expresión incorrecta.
Y su integral da como resultado 248 GJ, no 450 GJ.
@MarkAdler Tienes razón, supongo que olvidé por completo cómo funcionan las integrales en las 5 semanas que estuve fuera de la escuela. Eso es vergonzoso. Pensé que probablemente disminuiría de manera diferente en una escala de tiempo más larga, pero solo estaba haciendo una aproximación de primer orden.

Si permite que el tiempo llegue al infinito, suponiendo que la energía continúa produciéndose a una salida de calor arbitrariamente baja (que no lo hace), y que el sistema de conversión mantiene la misma eficiencia (no lo hace), entonces usted obtener simplemente:

mi ∞ = PAGS 0 t 1 / 2 Iniciar sesión ⁡ 2

dónde PAGS 0 es la potencia inicial y t 1 / 2 es la vida media. Esto supone que solo una desintegración contribuye a la producción de energía. Se vuelve más complicado para una cadena de productos secundarios, pero eso no importará en este caso si solo vas a unos pocos cientos de años. Para cortarlo a tiempo T , la energía hasta ese punto es:

mi T = PAGS 0 t 1 / 2 Iniciar sesión ⁡ 2 ( 1 − mi − T Iniciar sesión ⁡ 2 t 1 / 2 )

Ya que preguntó acerca de bajar a una fracción de la potencia original, llamemos a eso F , esto se simplifica a:

mi F = PAGS 0 t 1 / 2 Iniciar sesión ⁡ 2 ( 1 − F )

Entonces para F = 0.1 , t 1 / 2 = 87.7 y , y PAGS 0 = 125 W , obtenemos mi F = 449 GRAMO j . Eso es un tiempo sin embargo, ya que F = 0.1 a T = 291 y .

Lo anterior subestima significativamente la reducción de potencia de un RTG real. La degradación de los convertidores termoeléctricos puede igualar o superar la tasa de descomposición del plutonio. Vea esta presentación para más detalles. Sin embargo, la vida media se puede usar como se muestra arriba para estimar la salida de calor total del RTG, si PAGS 0 es el flujo de calor inicial.

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