Znajdź zawartość

Środowisko naukowe jest coraz bardziej zainteresowane zorganizowaniem dużej misji do Urana lub Neptuna, a jeszcze lepiej do obu planet. Te lodowe giganty to nieodkryte terytorium badań planetarnych. Wysłany przez człowieka pojazd odwiedził je tylko raz i to na krótko. W pobliżu obu planet w latach 80. przeleciał Voyager 2. Już przed 3 laty informowaliśmy, że część specjalistów z NASA zwraca uwagę, iż powoli kończy się czas na zorganizowanie tego typu misji. Jeśli w ciągu najbliższych lat nie rozpoczną się przygotowania, to na kolejną okazję do zbadania obu planet trzeba będzie czekać wiele kolejnych lat. Wtedy też cytowaliśmy Amy Simon, współprzewodniczącą grupy Ice Giants Pre-Decadal Study, która mówiła, że preferowana misja to umieszczenie orbitera w atmosferze Urana lub Neptuna. Dostarczy to najlepszych danych naukowych, pozwoli na dogłębne zbadanie całego systemu planetarnego: pierścieni, satelitów, atmosfery i magnetosfery. W styczniu bieżącego roku ta sama Amy Simon zorganizowała w Royal Society w Londynie spotkanie dotyczące tego typu misji. Najwyższy na to czas. Na początku lat 30. dojdzie bowiem do korzystnej koniunkcji pomiędzy Neptunem, Uranem a Jowiszem. Pozwoliłaby ona na skorzystanie z asysty grawitacyjnej Jowisza podczas podróży do Urana i Neptuna. Dzięki tej asyście czas podróży uległby skróceniu, więc ewentualna sonda mogłaby dotrzeć do któregoś z lodowych olbrzymów w czasie, gdy jej instrumenty będą w dobrym stanie, a ona sama będzie miała wystarczająco dużo paliwa na długotrwałe badania. Wykorzystanie Jowisza do przyspieszenia statku kosmicznego pozwoli też na zabranie mniejszej ilości paliwa, a więc będzie więcej miejsca na instrumenty naukowe. Jeśli jednak chcemy skorzystać z asysty grawitacyjnej Jowisza, to misja do Neptuna musiałaby zostać wystrzelona około 2031 roku, a do Urana nie później niż około 2035 roku. Czasu pozostało bardzo mało. Taką misję mogłaby zorganizować NASA lub byłoby to wspólne przedsięwzięcie, gdzie pierwsze skrzypce będzie grała NASA. Przygotowanie dużej misji o budżecie liczonej w miliardach dolarów zajmuje zwykle 7-10 lat. To, czy taka misja się odbędzie zależałoby od przyjęcia jej założeń w Planetary Science Decadal Survey. Okresowy przegląd tego programu odbędzie się w 2022 roku. Pozostały zatem dwa lata na przygotowanie założeń i planów misji. Jednak nawet i dobry plan nie gwarantuje sukcesu, gdyż z pewnością propozycje zorganizowania wyprawy do Urana czy Neptuna będą musiały konkurować z propozycjami dotyczącymi przywiezienia próbek z Marsa czy eksploracji Wenus. Jak zauważa Leigh Fletcher z University of Leicester, naukowcy zajmujący się lodowymi olbrzymami są daleko w tyle za kolegami specjalizującymi się w badaniach Marsa i Wenus. My nawet nie zakończyliśmy odpowiednika pierwszej fazy badań, którą Mars i Wenus mają dawno za sobą, stwierdza uczony. Fletcher mówi, że misja do którejś z lodowych planet powinna zawierać umieszczenie orbitera oraz wysłanie próbnika w atmosferę planety lub księżyca, tak jak uczyniono to w przypadku Saturna. Naukowcy postrzegają obie planety jako bliźniacze. Mają bowiem podobną masę i rozmiary. Jednak nikt nie wie, na ile rzeczywiście są podobne, jaki jest ich skład i jak powstały. Wykorzystywane modele obliczeniowe nie wyjaśniają dobrze ich struktury wewnętrznej, nie dają też odpowiedzi na pytanie, dlaczego bardziej odległy od Słońca Neptun wydaje się cieplejszy niż Uran. Zakłada się, że są zbudowane głównie z zamarzniętej wody lub z zamarzniętego amoniaku. Zbadanie obu planet znakomicie poszerzyłoby naszą wiedzę o egzoplanetach, gdyż około 40% znanych egzoplanet to lodowe olbrzymy. Dlatego też naukowcy chcieliby zorganizować misję chociaż do jednej z nich. Misja do obu byłaby zbyt kosztowna Trudno też zdecydować, którą z nich wybrać jako cel. Neptun wydaje się bardziej obiecujący, gdyż przy okazji można by zbadać jego księżyc, Trytona, który jest prawdopodobnie aktywny geologicznie, a pod jego powierzchnią może znajdować się ocean wody w stanie ciekłym. Z drugiej jednak strony Uran ma więcej dziwnych właściwości, których wyjaśnienie jest trudniejsze na gruncie obecnej wiedzy. Ponadto na zorganizowanie misji do Urana mamy więcej czasu. A czas się kończy. Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) właśnie pracuje nad dwoma dużymi misjami, które miałyby się odbyć na początku przyszłej dekady. Nawet jeśli by zatwierdziła plany misji do Urana lub Neptuna w swoim najbliższym przeglądzie zadań, to może nie zdążyć z ich przygotowaniem na najbliższe okienko startowe. To zaś oznacza, że ESA mogłaby co najwyżej partycypować w misji zorganizowanej przez NASA. Oczywiście każda z tych agencji mogłaby przygotować mniejsza misję, związaną jedynie z przelotem obok któregoś z lodowych olbrzymów. To też poszerzyłoby naszą wiedzę, jednak nie pozwoliłoby na przeprowadzenie dogłębnych badań na jakie liczą naukowcy. Jeśli w 2031 roku wystrzelono by misję do Urana, to w roku 2036 pojazd skorzystałby z asysty grawitacyjnej Jowisza, a w 2043 roku dotarłby do Urana. Jeśli jednak nie wykorzystamy najbliższego okienka startowego, to kolejna okazja na wystrzelenie pojazdu pojawi się w połowie lat 40. Inną możliwością będzie wykorzystanie potężniejszego systemu rakietowego, takiego jak SLS przygotowywanego przez NASA. Jednak jego powstanie do kwestia kolejnych lat. « powrót do artykułu

Na początku lat 90. ubiegłego wieku powstała koncepcja reaktora z falą wędrującą (Traveling Wave Reactor - TWR). Teraz grupa naukowców skupiona w firmie Intellectual Ventures zaproponowała pierwszy projekt takiego urządzenia. TWR to niewielki reaktor jądrowy, który raz napełniony mógłby działać teoretycznie przez setki lat. Obecne elektrownie atomowe wymagają wymiany paliwa co kilkanaście miesięcy. Jest to proces kosztowny i niebezpieczny, a wypalone paliwo trzeba składować w odpowiednich warunkach i pilnować, by nie wpadło w ręce osób, skłonnych skonstruować brudną bombę. TWR ma też i tę zaletę, że, jako iż nie niesie ze sobą takich kosztów i niebezpieczeństw co obecnie stosowane reaktory, zaistnieniem na rynku energetyki jądrowej mógłby zainteresować się kapitał prywatny, co zwiększyłoby jego innowacyjność i elastyczność. Obecnie na rynku tym działają przede wszystkim firmy i instytucje państwowe. Działanie TWR polega na tym, że reaktor sam produkuje dla siebie paliwo. Obecne reaktory wykorzystują łatwo rozszczepialny uran-235, pozyskiwany z nierozszczepialnego uranu-238. Produkcja odbywa się w specjalnych zakładach wzbogacania paliwa. Z kolei do zbudowania rdzenia TWR potrzebna jest niewielka ilość uranu-235. Resztę stanowi uran-238, który bardzo łatwo pozyskać. Jak mówi Charles W. Forsberg, dyrektor Nuclear Fuel Cycle Project w MIT, ilość uranu-235 potrzebnego do zasilania TWR jest tak mała, że do zaspokojenia światowych potrzeb wystarczyłby tylko jeden zakład wzbogacania. Reaktor z falą wędrującą wykorzystuje uran-235 i uran-238 do produkcji paliwa, plutonu-239. Oczywiście we współczesnych reaktorach również powstaje pluton-239, ale by go pozyskać, trzeba wyjąć wypalone paliwo i poddać je kosztownej i niebezpiecznej obróbce chemicznej. Pojawia się tutaj ryzyko kradzieży materiału na potrzeby broni jądrowej. Ryzyko, które nie występuje w TWR, gdyż reaktor na bieżąco zużywa wyprodukowany przez siebie pluton. Prace koncepcyjne nad TWR są już na tyle zaawansowane, iż prowadzone są pierwsze rozmowy z ewentualnymi inwestorami. Pozostało jeszcze do rozwiązania kilka problemów, na przykład trzeba sprawdzić, jak TWR zachowa się w razie wystąpienia awarii, jednak przedstawiciele Intellectual Ventures uważają, że pierwsze reaktory nowego typu mogą trafić na rynek na początku lat 20. obecnego wieku. W skład nowego reaktora wchodzą pompy chłodzące, zbiornik z chłodzącym sodem, komora na gazy powstające w czasie reakcji oraz setki prętów z paliwem. Pręty tworzą rdzeń o szerokości jednego metra. Przez rdzeń przesuwa się "wędrująca fala", której prędkość wynosi 1 centymetr na rok. Paliwo, znajdujące się w zasięgu fali, jest przetwarzane na pluton, a ten zostaje zużyty do reakcji. Obecnie na świecie działa 439 elektrowni atomowych, z czego 104 znajdują się w USA. Zapewniają one 14,2% zużywanej przez ludzkość energii (19,4% w USA). Na całym świecie buduje się 11 elektrowni, a w USA istnieją propozycje zbudowania 31.

Wzrost ilości radonu w wodach gruntowych może pomóc w wykryciu nieznanych wcześniej niebezpiecznych uskoków. Po dopracowaniu tego typu metoda "tropienia" trzęsień ziemi mogłaby więc uzupełnić dane zbierane dzięki sejsmografom (Geomorphology). Uran występuje w wielu skałach naszej planety. Jednym z produktów jego rozpadu jest radon (Rn). Może się on przedostawać do wody gruntowej lub jako gaz ulatywać do atmosfery. Jak łatwo zauważyć, pęknięcia w skale spągowej torują drogę wodzie i gazom. W miejscach występowania trzęsień ziemi pęknięć i uwolnionego radonu powinno być zatem więcej niż gdzie indziej. Chcąc przetestować swoją teorię, Alberto Gonzalez-Diez z Universidad de Cantabria i jego zespół dokonali pomiarów w obrębie 47 naturalnych hiszpańskich źródeł. Cieki powiązane ze znanymi uskokami rzeczywiście cechował wyższy poziom rozpuszczonego radonu. Okazało się jednak, że w kilku innych źródłach, których dotąd nie kojarzono z żadnymi uskokami, również występowało dużo Rn. Komentując wyniki hiszpańskiego zespołu, Susan Hough z United States Geological Survey wyjawiła, że w branży geologicznej od lat funkcjonuje powiedzenie: Są uskoki bez trzęsień ziemi i trzęsienia ziemi bez uskoków. Wg niej, problem polega na tym, że istnieje tyle uskoków, że nie wiadomo, który może mieć coś wspólnego z drganiami. Nie da się więc ukryć, iż radon może stanowić naprawdę użyteczną wskazówkę. Gonzalez-Diez zaznacza, że korelacja między radonem a trzęsieniami ziemi istnieje, ale na razie nikomu nie udało się tego wykorzystać (przez dłuższy czas i z dużym prawdopodobieństwem) do określania, kiedy drgania wystąpią.

Czy diagnostyka nowotworów stanie się tańsza i bardziej dostepna? Technologia opracowana na Uniwersytecie Technologicznym w holenderskim mieście Delft pozwala wierzyć, że jest to możliwe. Eksperci z tej uczelni wymyślili nowy sposób wytwarzania radioaktywnych izotopów potrzebnych w niektórych badaniach wykrywających guzy nowotworowe. W ostatnich miesiącach w prasie specjalistycznej pojawiły się dramatyczne doniesienia o niedostatecznych dostawach technetu 99m - izotopu używanego w niektórych procedurach związanych z diagnostyką nowotworów. Na świecie istnieje zaledwie kilka reaktorów wytwarzających ten cenny materiał, którego używanie w szpitalach pomaga nieść pomoc około czterdziestu milionom pacjentów rocznie. Co więcej, aż trzy z nich są obecnie okresowo zamknięte z uwagi na przeglądy techniczne i naprawy. Na szczęście z pomocą przyszli naukowcy z holenderskiego Delftu, które opracowali nową technologię wytwarzania technetu 99m. Stosowane obecnie metody uzyskiwania izotopu wymagały zastosowania wzbogacanego uranu. Jednym z produktów jego rozpadu jest molibden 99 - stosunkowo szybko rozpadający się izotop, z którego powstaje materiał wykorzystywany w szpitalach, czyli technet 99m. Metoda ta jest dość skuteczna, lecz wymaga użycia wzbogaconego uranu, którego zdobycie wymaga wielu dokumentów wymaganych z uwagi na międzynarodowe umowy dotyczące stosowania broni jądrowej. Prace wykonane na Uniwersytecie w Delfcie dowodzą jednak, że istnieje prostsza metoda uzyskania molibdenu 99. Zgodnie z założeniami nowej metody wystarczy wykorzystać molibden 98 - stabilny izotop uzyskiwany bezpośrednio z podziemnych pokładów tego metalu. Jest on bombardowany przez neutrony, dzięki czemu uzyskuje się izotop cięższy o jedną jednostkę, czyli właśnie molibden 99, identyczny jak w przypadku stosowania standardowej metody. Może on być przetransportowany do szpitala i wykorzystywany identycznie, jak dotychczas. Nowa procedura ma jeszcze dwie istotne zalety. Pierwszą z nich jest rozpuszczalność w wodzie izotopu o masie 99 jednostek, której nie posiada jego lżejszy odpowiednik. Pozwala to na szybkie oczyszczenie interesującego materiału i jego zagęszczenie. Warto też zaznaczyć, że molibden 99 jest jedynym radioaktywnym produktem całej procedury. W przypadku uzyskiwania go z uranu ilość uciążliwych, promieniotwórczych odpadów jest znacznie większa. Prof. Wolterbeek planuje obecnie rozpoczęcie testów pozwalających stwierdzić, czy wprowadzenie opracowanej przez niego technologii będzie możliwe i opłacalne przy zwiększeniu skali produkcji. Można więc mieć nadzieję, że już niedługo nowoczesna diagnostyka obrazowa nowotworów będzie tańsza i bardziej dostępna.

Otis Peterson, naukowiec zatrudniony w słynnym Los Alamos National Laboratory, jest autorem ekologicznego i bezpiecznego źródła energii. Opracowane przez niego urządzenie ma rozmiary balii, nie wymaga jakiejkolwiek obsługi, a przez pięć lat jest w stanie dostarczać energię dla... 25 tysięcy domów. Osoby znające osiągnięcia pracodawcy pana Petersona chyba już wiedzą, o czym mowa: to domowy (a raczej miejski) reaktor jądrowy. Paliwem, a zarazem moderatorem dla amerykańskiego generatora jest wodorek uranu otoczony wodorem. Pozwala on uzyskać nawet 27 megawatów energii termicznej, którą za pomocą turbiny parowej można przekształcić w elektryczną. Jak już wspomniano, nie wymaga on żadnego nadzoru, nie ma też ruchomych części, które mogłyby się zużywać. Po wyczerpaniu paliwa "moduł zasilający" może zostać ponownie naładowany przez producenta. Nic zatem dziwnego, że firma, która ma zamiar sprzedawać te urządzenia, stara się je przyrównać do baterii. Przedstawiciele firmy zapewniają też o całkowitym bezpieczeństwie: konstrukcja reaktora gwarantować ma samoregulację przebiegu rozszczepiania uranu. Ich zdaniem, wynalazek może być wykorzystywany w bazach wojskowych, a nawet w państwach rozwijających się, cierpiących na brak elektryczności czy wody pitnej. Ciekawa jest reakcja specjalistów z branży atomowej na nowe urządzenie. Część ekspertów wróży mu świetlaną przyszłość i widzi w nim ratunek przed kryzysem energetycznym, część przepowiada katastrofę finansową, a działacze proekologiczni nie są pewni co o generatorze myśleć. Bazuje on bowiem na zbyt nowej technologii i nie wiadomo, jak w rzeczywistości zostanie rozwiązana np. kwestia odpadów radioaktywnych. Zainteresowani urządzeniem powinni śledzić losy założonej niedawno firmy noszącej nazwę Hyperion Power Generation. Obiecuje ona niskie koszty energii elektrycznej, a na 2012 rok zapowiada rozpoczęcie produkcji 4000 opisanych reaktorów.