Выбор ядерного топлива для радионуклидных генераторов энергии является задачей первостепенной важности. Особое значение имеет безопасность. Ядерное топливо не должно представлять опасности для здоровья людей.
Следует выбрать подходящие топлива среди более чем 1300 существующих. Топливные и конструкционные материалы должны обеспечивать малую проникающую способность излучения и защиту от него, например можно использовать а- и бета-излучатели, имеющие достаточно большой период полураспада; удовлетворительную удельную мощность, например не менее 0,2 Вт/г; хорошее сопротивление коррозии и нерастворимость в воде; возможность наработки в ядерном реакторе деления достаточного количества топлива; невысокую стоимость.
В табл. 15.2 приведены примеры радионуклидов и их соединений, удовлетворяющих перечисленным требованиям.
Среди этих радионуклидов 90Sr, 144Се и 147Pm являются продуктами деления, а 210Po, 238Pu, 242Cm и 244Cm можно получить при облучении соответствующих веществ в ядерных энергетических и исследовательских реакторах. Эти радионуклиды могут быть экстрагированы из растворов при процессах переработки топлива (см. § 13.10) и поэтому доступны. Некоторые из них, например 90Sr, 210Po и 238Pu, имеются в больших количествах и недороги. Доступный и недорогой 90Sr широко применяют в серии космических устройств SNAP-7 в качестве радионуклидного источника энергии для навигационных и метеорологических применений.
Облучение нейтронами продуктов деления, например 209Bi или 237Np, приводит к образованию 210Po и 238Pu:
(15.11)
(15.12)
Достаточно длительное облучение естественного урана 238U приводит в конце концов к америцию, из которого можно получить радионуклидное топливо 242Cm и 244Cm
(15.13)
(15.14)
Таблица 15.2. Некоторые топлива для радионуклидных генераторов мощности
В дополнение к возможности изготовления, доступности и распространенности выбранных радионуклидных топлив стоимость топлива определяется не только его распространенностью и доступностью, но и конструкцией генератора энергии.
При проектировании различных радионуклидных генераторов энергии, например термоэлектрических, коэффициент полезного действия генератора обычно связан с характеристикой качества материалов, т. е. радионуклидного топлива, полупроводников с р — n-переходом и т. п. Качество иногда определяется зависимостью от температуры Г параметра качества ZT (см. рис. 15.3, а и б) или параметрами материала генератора: надежностью, стоимостью и массой (для применений в космосе) или сроком службы. Например, если радионуклидное топливо, используемое в термоэлектрическом генераторе, полностью надежно, то характеристика качества этого параметра равна единице. Так же можно оценивать и другие параметры генератора. Поскольку радионуклидное топливо составляет главную часть стоимости любого генератора энергии, высокий коэффициент полезного действия, желаемая характеристика качества и другие важные параметры генератора должны быть выбраны по соображениям стоимости. Если общий коэффициент полезного действия радионуклидного генератора энергий станет в 2 раза больше, топливная загрузка может быть снижена вдвое. В результате полная стоимость генератора станет меньше почти наполовину.
