विकिरण समस्थानिक तापक इकाई: Difference between revisions
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{{Short description|Device that provides heat through radioactive decay}} | {{Short description|Device that provides heat through radioactive decay}}'''विकिरण समस्थानिक तापक इकाई (रेडियोआइसोटोप हीटर यूनिट (आरएचयू))''' एक छोटा उपकरण है जो की [[रेडियोधर्मी क्षय]] के माध्यम से ताप प्रदान करता है।<ref>NASA (2016). [https://rps.nasa.gov/system/downloadable_items/31_Final_RHU_Fact_Sheet_2016_5-26-16.pdf Radioisotope Heater Units], NASAFacts. Retrieved 23 June 2022.</ref> इस प्रकार से वे छोटे [[रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जनरेटर|विकिरण समस्थानिक ताप विद्युत जनरेटर]] (आरटीजी) के समान हैं और सामान्यतः प्रत्येक [[प्लूटोनियम-238]] के कुछ ग्राम के क्षय से प्राप्त लगभग एक वाट ताप प्रदान करते हैं - चूंकि अन्य रेडियोधर्मी आइसोटोप का उपयोग किया जा सकता है। इन आरएचयू द्वारा उत्पादित ताप अनेक दशकों तक और सैद्धांतिक रूप से एक शताब्दी या उससे भी अधिक समय तक निरंतर प्रवाहित रहती है।<ref name=doe1>{{Cite web | title = Department of Energy Facts: Radioisotope Heater Units | ||
| publisher = U.S. Department of Energy, Office of Space and Defense Power Systems | date = December 1998 | url = https://saturn.jpl.nasa.gov/system/downloadable_items/291_rhu.pdf | archive-url = https://web.archive.org/web/20160810043227/https://saturn.jpl.nasa.gov/system/downloadable_items/291_rhu.pdf | url-status = dead | archive-date = 2016-08-10 | access-date = March 24, 2010}}</ref> | |||
इस प्रकार से अंतरिक्ष यान में, आरएचयू का उपयोग अन्य घटकों को उनके परिचालन तापमान पर रखने के लिए किया जाता है, जो की अंतरिक्ष यान के अन्य भागो के तापमान से अधिक भिन्न हो सकता है। जिससे अंतरिक्ष के निर्वात में अंतरिक्ष यान का कोई भी भाग जिस पर सीधी धूप नहीं पड़ती, वह इतना शीतल हो जाएगा कि इलेक्ट्रॉनिक्स या कोमल वैज्ञानिक उपकरण टूट जाएंगे। वे इलेक्ट्रिक तापक जैसे घटकों को उष्ण रखने के अन्य विधियों की तुलना में सरल और अधिक विश्वसनीय हैं।<ref name=doe1/> | |||
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==अंतरिक्ष यान का उपयोग == | ==अंतरिक्ष यान का उपयोग == | ||
[[File:RHU parts.jpg|right|thumb|आरएचयू अलग किए गए आरएचयू का फोटो। आरएचयू प्रत्येक में लगभग 1 वाट | [[File:RHU parts.jpg|right|thumb|आरएचयू अलग किए गए आरएचयू का फोटो। आरएचयू प्रत्येक में लगभग 1 वाट ताप उत्पन्न करने के लिए पीयू-238 का उपयोग करते हैं।]]इस प्रकार से अधिकांश चंद्र और मंगल ग्रह की सतह जांच ताप के लिए आरएचयू का उपयोग करती हैं, जिनमें अनेक जांचें सम्मिलित हैं जो विधुत उत्पन्न करने के लिए आरटीजी के अतिरिक्त सौर पैनलों का उपयोग करती हैं। अतः उदाहरणों में 1969 में [[अपोलो 11]] द्वारा चंद्रमा पर तैनात किया गया भूकंपमापी सम्मिलित है, जिसमें 1.2 औंस (34 ग्राम) प्लूटोनियम-238 था; मंगल ग्रह पथदर्शी; और मार्स एक्सप्लोरेशन रोवर्स स्पिरिट एंड अपॉर्चुनिटी <ref name="NASA Thermal Systems" /> चंद्रमा पर दो सप्ताह की लंबी और शीतल रात्री के कारण आरएचयू विशेष रूप से उपयोगी हैं। | ||
वस्तुतः मंगल से परे प्रत्येक बाहरी अंतरिक्ष मिशन आरएचयू और आरटीजी दोनों का उपयोग करता है। सूर्य से दूरी के वर्ग के साथ सौर सूर्यातप कम हो जाता है, इसलिए अंतरिक्ष यान के घटकों को नाममात्र ऑपरेटिंग तापमान पर रखने के लिए अतिरिक्त | वस्तुतः मंगल से परे प्रत्येक बाहरी अंतरिक्ष मिशन आरएचयू और आरटीजी दोनों का उपयोग करता है। इस प्रकार से सूर्य से दूरी के वर्ग के साथ सौर सूर्यातप कम हो जाता है, इसलिए अंतरिक्ष यान के घटकों को नाममात्र ऑपरेटिंग तापमान पर रखने के लिए अतिरिक्त ताप की आवश्यकता होती है। और इस ताप का कुछ भाग विद्युत रूप से उत्पन्न होता है क्योंकि इसे नियंत्रित करना सरल होता है, किन्तु विद्युत तापक आरएचयू की तुलना में अधिक कम कुशल होते हैं क्योंकि आरटीजी अपनी ताप का केवल कुछ प्रतिशत विधुत में परिवर्तित करते हैं और शेष को अंतरिक्ष में अस्वीकार कर देते हैं। | ||
शनि पर भेजे गए कैसिनी-ह्यूजेंस अंतरिक्ष यान में इनमें से बयासी इकाइयाँ ( | इस प्रकार से शनि पर भेजे गए कैसिनी-ह्यूजेंस अंतरिक्ष यान में इनमें से बयासी इकाइयाँ (विधुत उत्पादन के लिए तीन मुख्य आरटीजी के अतिरिक्त) सम्मिलित थीं। किन्तु संबंधित ह्यूजेन्स (जांच) जांच में पैंतीस सम्मिलित थे। | ||
===आइसोटोप=== | ===आइसोटोप=== | ||
नासा मिशनों के लिए | इस प्रकार से नासा मिशनों के लिए विकिरण समस्थानिक तापक इकाइयों ने प्लूटोनियम-238 का उपयोग किया है<ref name="NASA Thermal Systems">NASA, [https://rps.nasa.gov/power-and-thermal-systems/thermal-systems/light-weight-radioisotope-heater-unit/ Thermal Systems]. Retrieved 23 June 2022.</ref> जिससे ताप स्रोतों के लिए आइसोटोप के रूप में, चूंकि 87.7 वर्ष के रेडियोधर्मी अर्ध जीवन का अर्थ है कि आइसोटोप का क्षय मिशन जीवनकाल को सीमित नहीं करेगा। चूंकि आइसोटोप <sup>238</sup>Pu प्रति ग्राम 0.57 वाट तापीय ऊर्जा का उत्पादन करता है।<ref>{{cite web|title=Assessment of Plutonium-238 production alternatives|url=https://www.energy.gov/sites/prod/files/NEGTN0NEAC_PU-238_042108.pdf|last=Miotla|first=Dennis|date=April 21, 2008|access-date=September 21, 2020|website=www.energy.gov|page=3}}</ref> | ||
अतः सोवियत मिशनों ने अन्य आइसोटोप का उपयोग किया है, जैसे [[लूनोखोद]] चंद्र रोवर्स में उपयोग किया जाने वाला [[पोलोनियम-210]] ताप स्रोत है।<ref>Blair, Sean (March 14, 2011)." [https://eandt.theiet.org/content/articles/2011/03/rovers-learning-from-lunokhod/ Rovers learning from Lunokhod]", ''E&T News''. Retrieved 23 June 2022.</ref><ref name="Wang">{{Cite journal|doi=10.1016/j.rser.2019.109572 |hdl=1721.1/129634 |hdl-access=free |title=Critical design features of thermal-based radioisotope generators: A review of the power solution for polar regions and space |year=2020 |last1=Wang |first1=Xiawa |last2=Liang |first2=Renrong |last3=Fisher |first3=Peter |last4=Chan |first4=Walker |last5=Xu |first5=Jun |journal=Renewable and Sustainable Energy Reviews |volume=119 |page=109572 |s2cid=209776036 }} </ref> इसलिए लगभग 4 1⁄2 सप्ताह के अर्ध जीवन के साथ, Po-210 प्रति इकाई द्रव्यमान में अधिक तापीय ऊर्जा उत्पादन करता है, किन्तु केवल छोटी अवधि के मिशन के लिए उपयुक्त है। इस प्रकार से [[स्ट्रोंटियम-90]] भी प्रस्तावित किया गया है।<ref name="Wang" /> | |||
===आरएचयू की आरटीजी से तुलना=== | ===आरएचयू की आरटीजी से तुलना=== | ||
जबकि आरएचयू और [[रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जेनरेटर]] (आरटीजी) दोनों रेडियोधर्मी आइसोटोप की क्षय | जबकि आरएचयू और [[रेडियोआइसोटोप थर्मोइलेक्ट्रिक जेनरेटर|विकिरण समस्थानिक ताप विद्युत जेनरेटर]] (आरटीजी) दोनों रेडियोधर्मी आइसोटोप की क्षय ताप का उपयोग करते हैं, और ताप से विधुत उत्पन्न करने के लिए आवश्यक [[थर्मोकपल]] और हीट सिंक/रेडिएटर को छोड़ देने के परिणामस्वरूप आरएचयू सामान्यतः अधिक छोटे होते हैं। किन्तु आरएचयू और आरटीजी दोनों में प्रक्षेपण या पुनः प्रवेश वाहन विफलता की स्थिति में विकिरण समस्थानिक को सुरक्षित रूप से रखने के लिए सशक्त, ताप प्रतिरोधी आवरण की सुविधा होती है। इस प्रकार से एक-वाट आरएचयू (परिरक्षण सहित) का कुल द्रव्यमान लगभग 40 ग्राम है। जिसमे [[थर्मिओनिक कनवर्टर]] जैसी समान योजनाओं का भी उपयोग किया गया है। | ||
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संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग ने मुख्य रूप से अंतरिक्ष उपयोग के लिए [[सामान्य प्रयोजन ताप स्रोत]] (जीपीएचएस) विकसित किया है। इन जीपीएचएस का उपयोग घटक | इस प्रकार से संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग ने मुख्य रूप से अंतरिक्ष उपयोग के लिए [[सामान्य प्रयोजन ताप स्रोत]] (जीपीएचएस) विकसित किया है। इन जीपीएचएस का उपयोग घटक उष्मक के लिए व्यक्तिगत रूप से या अठारह तक के समूहों में किया जा सकता है, किन्तु मुख्य रूप से आरटीजी के लिए ताप स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता है। इस प्रकार से प्रत्येक जीपीएचएस में चार [[इरिडियम]]-क्लैड पीयू-238 ईंधन छर्रों होते हैं, जिनकी ऊंचाई 5 सेमी, वर्ग 10 सेमी और भार 1.44 किलोग्राम होता है। | ||
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विकिरण समस्थानिक तापक इकाई (रेडियोआइसोटोप हीटर यूनिट (आरएचयू)) एक छोटा उपकरण है जो की रेडियोधर्मी क्षय के माध्यम से ताप प्रदान करता है।[1] इस प्रकार से वे छोटे विकिरण समस्थानिक ताप विद्युत जनरेटर (आरटीजी) के समान हैं और सामान्यतः प्रत्येक प्लूटोनियम-238 के कुछ ग्राम के क्षय से प्राप्त लगभग एक वाट ताप प्रदान करते हैं - चूंकि अन्य रेडियोधर्मी आइसोटोप का उपयोग किया जा सकता है। इन आरएचयू द्वारा उत्पादित ताप अनेक दशकों तक और सैद्धांतिक रूप से एक शताब्दी या उससे भी अधिक समय तक निरंतर प्रवाहित रहती है।[2]
इस प्रकार से अंतरिक्ष यान में, आरएचयू का उपयोग अन्य घटकों को उनके परिचालन तापमान पर रखने के लिए किया जाता है, जो की अंतरिक्ष यान के अन्य भागो के तापमान से अधिक भिन्न हो सकता है। जिससे अंतरिक्ष के निर्वात में अंतरिक्ष यान का कोई भी भाग जिस पर सीधी धूप नहीं पड़ती, वह इतना शीतल हो जाएगा कि इलेक्ट्रॉनिक्स या कोमल वैज्ञानिक उपकरण टूट जाएंगे। वे इलेक्ट्रिक तापक जैसे घटकों को उष्ण रखने के अन्य विधियों की तुलना में सरल और अधिक विश्वसनीय हैं।[2]
अंतरिक्ष यान का उपयोग
इस प्रकार से अधिकांश चंद्र और मंगल ग्रह की सतह जांच ताप के लिए आरएचयू का उपयोग करती हैं, जिनमें अनेक जांचें सम्मिलित हैं जो विधुत उत्पन्न करने के लिए आरटीजी के अतिरिक्त सौर पैनलों का उपयोग करती हैं। अतः उदाहरणों में 1969 में अपोलो 11 द्वारा चंद्रमा पर तैनात किया गया भूकंपमापी सम्मिलित है, जिसमें 1.2 औंस (34 ग्राम) प्लूटोनियम-238 था; मंगल ग्रह पथदर्शी; और मार्स एक्सप्लोरेशन रोवर्स स्पिरिट एंड अपॉर्चुनिटी [3] चंद्रमा पर दो सप्ताह की लंबी और शीतल रात्री के कारण आरएचयू विशेष रूप से उपयोगी हैं।
वस्तुतः मंगल से परे प्रत्येक बाहरी अंतरिक्ष मिशन आरएचयू और आरटीजी दोनों का उपयोग करता है। इस प्रकार से सूर्य से दूरी के वर्ग के साथ सौर सूर्यातप कम हो जाता है, इसलिए अंतरिक्ष यान के घटकों को नाममात्र ऑपरेटिंग तापमान पर रखने के लिए अतिरिक्त ताप की आवश्यकता होती है। और इस ताप का कुछ भाग विद्युत रूप से उत्पन्न होता है क्योंकि इसे नियंत्रित करना सरल होता है, किन्तु विद्युत तापक आरएचयू की तुलना में अधिक कम कुशल होते हैं क्योंकि आरटीजी अपनी ताप का केवल कुछ प्रतिशत विधुत में परिवर्तित करते हैं और शेष को अंतरिक्ष में अस्वीकार कर देते हैं।
इस प्रकार से शनि पर भेजे गए कैसिनी-ह्यूजेंस अंतरिक्ष यान में इनमें से बयासी इकाइयाँ (विधुत उत्पादन के लिए तीन मुख्य आरटीजी के अतिरिक्त) सम्मिलित थीं। किन्तु संबंधित ह्यूजेन्स (जांच) जांच में पैंतीस सम्मिलित थे।
आइसोटोप
इस प्रकार से नासा मिशनों के लिए विकिरण समस्थानिक तापक इकाइयों ने प्लूटोनियम-238 का उपयोग किया है[3] जिससे ताप स्रोतों के लिए आइसोटोप के रूप में, चूंकि 87.7 वर्ष के रेडियोधर्मी अर्ध जीवन का अर्थ है कि आइसोटोप का क्षय मिशन जीवनकाल को सीमित नहीं करेगा। चूंकि आइसोटोप 238Pu प्रति ग्राम 0.57 वाट तापीय ऊर्जा का उत्पादन करता है।[4]
अतः सोवियत मिशनों ने अन्य आइसोटोप का उपयोग किया है, जैसे लूनोखोद चंद्र रोवर्स में उपयोग किया जाने वाला पोलोनियम-210 ताप स्रोत है।[5][6] इसलिए लगभग 4 1⁄2 सप्ताह के अर्ध जीवन के साथ, Po-210 प्रति इकाई द्रव्यमान में अधिक तापीय ऊर्जा उत्पादन करता है, किन्तु केवल छोटी अवधि के मिशन के लिए उपयुक्त है। इस प्रकार से स्ट्रोंटियम-90 भी प्रस्तावित किया गया है।[6]
आरएचयू की आरटीजी से तुलना
जबकि आरएचयू और विकिरण समस्थानिक ताप विद्युत जेनरेटर (आरटीजी) दोनों रेडियोधर्मी आइसोटोप की क्षय ताप का उपयोग करते हैं, और ताप से विधुत उत्पन्न करने के लिए आवश्यक थर्मोकपल और हीट सिंक/रेडिएटर को छोड़ देने के परिणामस्वरूप आरएचयू सामान्यतः अधिक छोटे होते हैं। किन्तु आरएचयू और आरटीजी दोनों में प्रक्षेपण या पुनः प्रवेश वाहन विफलता की स्थिति में विकिरण समस्थानिक को सुरक्षित रूप से रखने के लिए सशक्त, ताप प्रतिरोधी आवरण की सुविधा होती है। इस प्रकार से एक-वाट आरएचयू (परिरक्षण सहित) का कुल द्रव्यमान लगभग 40 ग्राम है। जिसमे थर्मिओनिक कनवर्टर जैसी समान योजनाओं का भी उपयोग किया गया है।
जीपीएचएस
इस प्रकार से संयुक्त राज्य अमेरिका के ऊर्जा विभाग ने मुख्य रूप से अंतरिक्ष उपयोग के लिए सामान्य प्रयोजन ताप स्रोत (जीपीएचएस) विकसित किया है। इन जीपीएचएस का उपयोग घटक उष्मक के लिए व्यक्तिगत रूप से या अठारह तक के समूहों में किया जा सकता है, किन्तु मुख्य रूप से आरटीजी के लिए ताप स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता है। इस प्रकार से प्रत्येक जीपीएचएस में चार इरिडियम-क्लैड पीयू-238 ईंधन छर्रों होते हैं, जिनकी ऊंचाई 5 सेमी, वर्ग 10 सेमी और भार 1.44 किलोग्राम होता है।
यह भी देखें
- परमाणु ईंधन
- विकिरण समस्थानिक जनरेटर
- स्टर्लिंग विकिरण समस्थानिक जनरेटर
- विकिरण समस्थानिक ताप विद्युत जनरेटर
संदर्भ
- ↑ NASA (2016). Radioisotope Heater Units, NASAFacts. Retrieved 23 June 2022.
- ↑ 2.0 2.1 "Department of Energy Facts: Radioisotope Heater Units" (PDF). U.S. Department of Energy, Office of Space and Defense Power Systems. December 1998. Archived from the original (PDF) on 2016-08-10. Retrieved March 24, 2010.
- ↑ 3.0 3.1 NASA, Thermal Systems. Retrieved 23 June 2022.
- ↑ Miotla, Dennis (April 21, 2008). "Assessment of Plutonium-238 production alternatives" (PDF). www.energy.gov. p. 3. Retrieved September 21, 2020.
- ↑ Blair, Sean (March 14, 2011)." Rovers learning from Lunokhod", E&T News. Retrieved 23 June 2022.
- ↑ 6.0 6.1 Wang, Xiawa; Liang, Renrong; Fisher, Peter; Chan, Walker; Xu, Jun (2020). "Critical design features of thermal-based radioisotope generators: A review of the power solution for polar regions and space". Renewable and Sustainable Energy Reviews. 119: 109572. doi:10.1016/j.rser.2019.109572. hdl:1721.1/129634. S2CID 209776036.
बाहरी संबंध
- NASA Radioisotope Power Systems website – RHU page
- Radioisotope heater unit fact sheet from NASA's Cassini mission website
