Le sonde Voyager 1 e 2, lanciate nel 1977, sono arrivate a oltre venti miliardi di km dal Sole ma continuano a funzionare e a trasmettere dati ai centri di controllo. Qual è il segreto della loro longevità?
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La risposta è nella parola #RTG, un acronimo che sta per “generatore termoelettrico a radioisotopi”, cioè un generatore di energia elettrica basato sul decadimento di un isotopo radioattivo che emette calore, per poi trasformare il calore in elettricità.
Il “combustibile” ideale per gli RTG è il plutonio-238, che decade in uranio-234, per diverse ragioni. Durante il decadimento emette soprattutto particelle alfa (facili da schermare perfino con un foglio di carta) e piccole quantità di altre radiazioni più difficili da schermare.
Il suo tempo di dimezzamento di 88 anni significa che, dopo quasi un secolo, conserva ancora metà del suo “potenziale energetico” da decadimento radioattivo. In altre parole esso può continuare a fornire energia per decenni, come nel caso di Voyager.
Ha un’ottima densità di energia (1 grammo di plutonio-238 produce più di mezzo Watt), la sua tossicità chimica è praticamente nulla, le sue caratteristiche si mantengono stabili nel tempo.
Per evitare di disperdere materia radioattiva in caso di incidenti, di solito è usato nella forma di ossido di plutonio-238, un materiale ceramico molto resistente alla rottura, ricoperto da un robustissimo schermo esterno in grafite.
Quando la missione Apollo 13 fu abortita nel 1970, la capsula dell’RTG resistette intatta al rientro in atmosfera e all’impatto con l’Oceano Pacifico.
L’altra parte fondamentale degli RTG sono le termocoppie, che sfruttano un fenomeno noto come effetto Seebeck: una differenza di temperatura tra due conduttori diversi genera una differenza di potenziale.
Normalmente le termocoppie servono per misurare la temperatura ma in questo caso vengono invece usate per generare corrente elettrica. Le termocoppie sono costituite da due fili di materiali conduttivi diversi, saldati alle estremità.
Un’estremità delle termocoppie si trova nel contenitore e quindi si scalda, l’altra si trova all’esterno e rimane più fredda. La differenza di temperatura fa sì che attraverso il circuito passi una corrente elettrica. In questo modo il calore viene convertito in elettricità.
Man mano che il plutonio-238 si “consuma”, la potenza elettrica generata diminuisce, ma il calo è lentissimo: oggi gli RTG delle sonde Voyager producono più del 75% della loro potenza elettrica iniziale e potranno tenerle in vita ancora per diversi anni.
Questo grazie anche all’ingegnosità con cui la NASA è riuscita a ottimizzare le operazioni delle sonde. La loro elevata affidabilità è garantita anche dalla mancanza di parti in movimento.
Gli RTG sono diversi dai reattori nucleari, all’interno dei quali avvengono in maniera controllata reazioni a catena di fissione nucleare, cioè reazioni in cui il nucleo di un atomo si divide in nuclei di atomi più piccoli, liberando nel processo un’enorme quantità di energia.
Nella storia dello spazio gli RTG sono stati usati da USA e URSS, non dall’Europa. Questo rende molto più complessa la gestione dell’energia per le missioni europee. Fin dal 2009 si parla dello sviluppo di RTG europei: vedremo se diventeranno disponibili in futuro.
Una curiosità: nel 1966 negli Stati Uniti furono impiantati 139 pacemaker alimentati con minuscoli RTG, molto più durevoli delle batterie usate all’epoca. Prima che le batterie al litio rendessero superflua tale tecnologia, il programma fu cancellato nel 1972.
Questo non perché fosse pericoloso per i pazienti ma perché non si poteva escludere che qualcuno di loro venisse cremato dopo la morte, disperdendo così il plutonio nell’ambiente. Ma alcuni di loro usarono tranquillamente i propri pacemaker per più di 40 anni.
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