NASA深空核燃料危機可能結束，新科技：鈈-238年產量400克增產8倍

美國宇航局的宇宙飛船之所以能夠進行人類航天器史上時間最長和距離最遠的太空飛行，主要依賴一種人造放射性元素： 鈈- 238(Pu - 238) 。NASA使用Pu-238為其最宏偉的太空任務提供動力，其中包括飛行了近13年目前在冥王星外的「新視野號」、飛行了41年現在正在星際空間的「航行者1號和2號」、以及飛行了21年正對土星進行觀測的「卡西尼號」。

當Pu-238放射性衰變併產生熱量時，一個名為放射性同位素電源的設備將其中的一些能量轉化為電能。鈈--238需要幾個世紀才能冷卻下來，所以利用這種精妙的設備可以讓美國的深空飛船能夠活力四射地在宇宙中飛行幾十年。

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但宇宙飛船的動力源Pu-238卻是人工製造的，它是地球上最稀有、最有價值的材料之一。目前美國幾乎所有的鈈 - 238都是在冷戰期間製造的，正面臨著供應不足的問題。這種材料的剩餘量可能僅夠NASA接下來執行三次深空探索任務。這意味著材料的短缺可能會限制美國宇航局未來的深空探索。

上世紀90年代NASA曾試圖解決供應減少的問題，但直到2012年該機構及其合作夥伴才獲得資金，研究建造一條新的Pu-238供應鏈。該研究每年資金投入大約2000萬美元，現在終於開始從研究階段轉向全面生產。

美國表示一個新型機器人將會幫助創建一個可靠的,長期的鈈- 238供應鏈。位於田納西州的橡樹嶺國家實驗室領導了這項工作。由於這種新型自動化機器人的出現，他們確認了一種生產Pu-238的可行方法，產量比幾年前增長了8倍。自動化機器人是製造足夠多的鈈，以永久滿足NASA需求的「下一個關鍵步驟」。美國能源部希望到2025年能夠滿足美國宇航局每年1500克的需求量。

橡樹嶺在2015年12月為NASA製造了過去幾十年來的第一批鈈，然而這卻是一個很小的量，只有50克。但它證明了該實驗室有能力創造配方和工具來完成這項工作。事實上舊的鈈-238的配方不再起作用了，因為沒有哪個國家擁有冷戰期間使用的那種大型生產反應堆。所以這不得不讓科學家絞盡腦汁想出一個更現代、更安全的製造方法。

生產一批鈈-238需要28到36個月的時間，整個過程需要一種名為鎿-237的原料。鎿-237被壓成小顆粒，滑入鋁套管，然後插入橡樹嶺實驗室的一個名為高通量同位素反應堆的特殊核反應堆。在反應堆核心的中子流中反應幾個月後，其中一些鎿237就轉變成了鈈238。

目標提取物在水池中冷卻數月後，工作人員將其溶解在酸中，用化學方法分離鈈和鎿，並對這兩種材料進行精鍊。提純後的鈈送交美國宇航局儲存，提純後的鎿則會被進行循環利用。

為了每年製造超過幾盎司的鈈- 238，橡樹嶺研究團隊與能源部的人合作，創造了一種適合高溫內室的高效率自動化機器。他們做了兩台以防其中一台失效。機器人有一個多用途的手臂，可以比人工重複工作更快更安全。它可以拿起一個漏斗，把它放到一個模具上，倒入預先測量好的鈈- -237和鋁，壓成小球，裝進一個托盤裡。然後工人們把這些小球裝進管子里，再把管子插入反應堆。

橡樹嶺實驗室在一份新聞稿中表示，他們準備將年產量提高到每年400克以上，增幅為原來的8倍。這是一項巨大的成就，也是一個巨大的進步。生產過程更有效，生產規模因而可以大幅度擴大。該研究機構對於未來年產量1500克也非常有信心，這樣美國宇航局未來就不會再為深空核燃料不足發愁了，

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