jueves, 5 de noviembre de 2009

Residuos Nucleares en el Espacio, algunos datos sobre algunos residuos.



 Hace unos días nos poníamos al tanto del programa soviético de satélites espaciales equipados con reactores nucleares para la generación de energía. Un número importante de comentarios se realizaron con respecto a los residuos nucleares que aún están en órbita. En este post me referiré solamente a los residuos radiactivos asociados a la serie de satélites soviéticos Buk (denominados también RORSAT), y en particular a los provenientes de la expulsión del refrigerante de los reactores nucleares.

En el caso de los sistemas Buk estos fueron una serie completamente operacional, que contabilizó un total de 31 satélites puestos en órbita entre los años 1970 y 1988. El reactor nuclear de abordo tenía una cantidad de uranio fisionable de 30 kilogramos y los satélites se situaban en una órbita de 280 km. Teóricamente el diseño del reactor debería permitir que una vez reingresado a la atmósfera el sistema se desintegrara completamente, reduciendo a niveles no peligrosos la precipitación radiactiva del material a la Tierra. El accidente del Kosmos 954 en 1978 determinó el rediseño del sistema para aumentar su seguridad. De esta manera se expulsaba el núcleo del reactor, que contenía el material fisible y se situaba en una órbita mayor a la del Buk, típicamente en el entorno de los 800 km.





Así expulsaba el reactor el refrigerante.








Esquema del reactor del Buk. En azul se destaca el refrigerante en su circuito, y su destino final al ser expulsado. El tamaño de las partículas de NaK estuvo determinado por la serie de orificios del reactor.



Dadas las condiciones para la eyección del núcleo del reactor, este se desactivaba (los reactores no tenían capacidad de reinicio) y se activaba su expulsión. Esto incluía la expulsión del refrigerante, que en el caso de los sistemas Buk se trataba de metal líquido: NaK. Estos residuos no sólo son altamente radiactivos sinó que están dispersos en una amplia zona de la órbita de la tierra, en el entorno de los 800 km.

 Se trata de un total de NaK expulsado de 130 kg, un promedio de 8 kg por Buk. Los resultados de un seguimiento realizado por modelos matemáticos nos permiten aproximar el estado de esta nube de residuos. Se estima que un total de 45.000 partículas de un tamaño que oscila entre un mínimo de 5 mm de diámetro y un máximo de 5,67 cm. El remanente de estos 130 kg se estima en 97 kg.

 Naturalmente, además del problema de los residuos espaciales con respecto a la posibilidad de colisiones, se trata de un material tóxico, reactivo y por si fuera poco con actividad radiactiva.
 Además se estima que existe un proceso de fragmentación de esos residuos que hacen probable su progresivo reingreso a la Tierra, lo cual es plantea el serio riesgo de colisiones a órbitas bajas. 

Por lo tanto el seguimiento de esta nube es un tema importante, y se están realizando esfuerzos sostenidos en este tema, en particular se intenta profundizar sobre el proceso de subfragmentación de los residuos y su impacto en las probabilidades de colisión o reingreso a la Tierra.

Las imágenes más abajo nos permiten hacernos una idea:


Distribución de densidades (rediduos/km cúbico) con respecto a la altitud para objetos mayores a 1 cm (cuadrados) y menores a 1 cm (triángulos). La tercer curva es la suma de las densidades. Los residuos más pequeños tienen una tendencia a perder altura.

 Estos datos para tener significado se deben comparar con otros similares, en el siguente gráfico se representa la contribución de estos residuos al total de otros residuos  mayores a 5 mm(fragmentos y escoria espacial). Evidentemente la densidad espacial al total de los restos de NaK es significativa, ya que se aprecia claramente el máximo de residuos entorno a los 800 km:


 
 En sombreado negro se representa al NaK.





Se puede apreciar claramente el aporte de los residuos de NaK mayores a 5 mm, los mismos están situados en el entorno de los 800 km.


 

El mismo tipo de gráfico que el anterior, pero para residuos menores a 1 mm.


Los datos corresponden al estimado para el año 2005, se supone que este seguimiento se realizará en forma permanente, y que nuevos datos sobre la subfragmentación de las gotas de NaK serán dados a conocer de manera de estimar la peligrosidad de esta nube de residuos.




 Fuentes:

Mathematical description of the NaK model for MASTER-2005, Advances in Space Research Vol. 41, Issue 7, 2008, págs. 1063-1070.

Naves Nucleares Rusas, Daniel Marín (Eureka).

Más sobre reactores nucleares en órbita en Zemiorka.






1 comentario:

Daniel Marín dijo...

Muy interesante, Gabriel. Está claro que la contaminación de las partículas del refrigerante es un problema a resolver en futuras misiones.

Un saludo.

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