年，美国橡树岭国家实验室(OakRidgeNationalLaboratory)近30年来首次在美国生产了钚燃料。现在它正在飞往另一个星球。
上个月末，美国国家航空航天局(NASA)成功发射了新的火星车毅力号，其将在火星上执行寻找远古生命迹象的任务。这是该机构迄今为止最大、最自主的火星探测器。这也是美国第一个完全由钚反应堆提供动力的火星车。
“毅力号”火星车——由钚-作为“核动力”
毅力号的核心是一个啤酒桶大小的小型核电池，其被称为放射性同位素热电发电机（RadioisotopeThermoelectricGenerator，简称RTG）。与地球上发电的核反应堆不同的是，RTG不需要启动或维持裂变反应来发电。它们甚至没有任何活动部件。相反，它们被动地收集钚-衰变产生的自然热量，并将其转化为电能。它们可以可靠地为航天器提供数十年的能量和热量——上世纪70年代末发射的两枚以钚为动力的“旅行者号”探测器至今仍在星际空间进行传输，并且已经成为美国国家航空航天局(NASA)20多项深空任务的首选动力源。
为什么会选用钚-呢？
钚-是钚的一种独特的同位素，主要通过α辐射衰变来实现，正因为如此，它会产生了大量的热量。橡树岭国家实验室的钚供应项目经理罗伯特·威姆(RobertWham)表示，该实验室现在负责为NASA制造这种材料。对于像‘毅力号’这样的小型航天器来说，你不需要给它核裂变能量。你只需给他热衰变即可。
“毅力号”只是第二个以核能作为其主要电能来源的火星探测器。NASA的前三个漫游车——“探索者号”、“勇气号”和“机遇号”——都使用太阳能发电，但这意味着当电池板上积累了足够多的灰尘时，它们将面临完全失去电力的风险。从年抵达火星的好奇号开始，NASA的工程师们改用核能作为漫游车的主要能源。考虑到当时美国用于太空任务的核燃料储备正在减少，而且美国没有一个能够制造更多核燃料的设施，所以这是一个大胆的选择。
钚-在ORNL的放射性同位素工程开发中美国的核储备稀缺问题——令其太空探索事业进退两难
钚-并不是用于核武器（那是它的姊妹同位素钚-）。但随着20世纪80年代末冷战的结束，美国停止生产所有类型的钚，以遵守裁军协议定书。威姆（Wham）认为：大部分钚-来自萨凡纳河(SavannahRiver)基地，当时那里是一个国防设施，而不是美国国家实验室。他指的是南卡罗来纳州的一个基地，此前美国核武器的大部分材料都是在那里生产的。如今，萨凡纳河遗址是地球上污染最严重的地方之一，原因是这些活动产生的核废料埋在了这里。
当美国停止各类钚的生产后，其给NASA留下了几十公斤的钚-的储备，以供未来所有任务之用。然而，这储备数量并不多，光是“毅力号”探测车就使用了近5公斤的钚。到了某个时候，这个库存必然会用完；美国国家科学院年的一份报告预测，美国所拥有的钚仅够再进行几次深空任务。
这就给美国留下了几个令人难以接受的选择：
放弃对外太阳系的探索从国外购买钚或者在国内重新开始制造钚最终，NASA决定自己杠下了——美国本土制造钚-的重任
好奇号在年发射时，其核电池中的钚来自俄罗斯。这对美国来说似乎并不是一件光彩的事情——在美国标志性的太空任务中使用俄罗斯燃料——但更重要的是，这也让NASA暴露在地缘政治的变化沧桑之中。几年前，克里姆林宫违背了向NASA提供钚的协议，直到重新谈判购买协议。与此同时，负责监督美国所有核燃料制造的美国能源部(DepartmentofEnergy)，多年来一直在游说美国国会拨款重启其国内本土钚的生产。当时的想法是由美国宇航局（NASA）和能源部平摊费用成本，但每次议员们都拒绝了这一请求。
在机器人接管之前，橡树岭国家实验室的研究人员会在这个手套箱里手工压制钚-的颗粒。由于对钚短缺的担忧不断加剧——俄罗斯也在减少钚的数量，NASA的决策者们决定由该机构将自己承担这笔费用。自年以来，NASA几乎承担了在田纳西州的橡树岭国家实验室(OakRidgeNationalLaboratory)生产钚的全部成本。这项投资很快就得到了回报。到年，橡树岭的化学家们在美国生产出了近30年来的第一个钚-样品。与此同时，该实验室还投入巨资建立了自动化生产系统，使其能够生产出足够的钚来满足NASA未来的需求。但即使有机器人的参与，生产钚-也是很费力的，而且除了橡树岭实验室，还需要涉及另外两个国家实验室。
核电池的制造过程
1、这个过程的第一步，是爱达荷国家实验室的研究人员将镎-（本身是一种放射性金属氧化物）送到田纳西州，在那里，自动机器将其压成铅笔橡皮大小的颗粒。
2、接下来，52个这样的颗粒被堆叠成金属棒，其被称为“靶子”，并被放置在橡树岭或爱达荷国家实验室的核反应堆中，在那里它们被中子轰击，以此
产生钚。
3、经过几个月的冷却后，钚被运到新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室。之后通过另一台机器将小的钚颗粒压成棉花糖大小的大颗粒。
4、然后，它们被安置在一个由铱制成的外壳中，铱是一种几乎坚不可摧的金属，其可以防止漫游车在发射时，万一发生事故时有效地防止放射性污染。
5、最后，装甲钚被运送到爱达荷国家实验室，其先将32个颗粒装入漫游车的核电池，然后再安装到车上。
钚颗粒发红热的插图虽然现阶段困难重重，但此次“毅力号”将是其“核复兴”的一个开端
如今，橡树岭实验室年产钚的目标是每年3.5磅，而威姆（Wham）和他的同事们计划在年中期达到这一里程碑式的目标，但现在只生产了大约一半。威姆（Wham）对此表示：我们所做的只是确保有足够的材料，为未来10到20年NASA的任何事情提供动力。
“毅力号”火星车是NASA第一个使用美国国家实验室生产的新钚-的任务，但其肯定不会是最后一个。未来的核动力深空任务，比如在土星最大的卫星土卫六表面寻找生命的蜻蜓号任务，也将使用这条新生产线。而随着NASA正致力于为核动力火箭和月球发电厂启动小型反应堆，毅力号的发射很可能标志着美国太空核复兴的开始。
撰写：GolevkaTech
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