Last week I wrote how the shortage of Pu-238 might impact the outer solar system exploration, but I didn’t much get into where the plutonium come from.私は、プルトニウムの不足が、太陽系外惑星の探査にどのような影響を及ぼすかについて書きました。 天然のプルトニウムは微量に存在しますが、宇宙探査機の燃料になるほどの量はありませんから。
周期表では、プルトニウムはウランの2つ上に位置しています。ウランの原子番号は92（つまり、92個の陽子がある）で、プルトニウムは94です。 プルトニウムを作るには、ウラン原子に陽子を2つ付けなければならない。 核兵器に使われるPu-239を作るには、かなり簡単な手順でできます。 天然ウランは99%以上がU-238で、これはあまり核分裂しません。 このU-238（原子炉燃料の最低95％を占める）を、ウランの核分裂で中性子がうずまく原子炉の真ん中に置くと、中性子をとらえてU-239に変化するのです。 U-239は、今度はベータ粒子を出してネプツニウム-239に崩壊し、さらにベータ粒子を出します。 それぞれのベータ崩壊は中性子を陽子に変えるので、この2つのベータ崩壊でウラン原子をプルトニウムに変えることができるのです。 したがって、1個のU-238原子が1個の中性子を吸収し、2回のベータ崩壊を起こすのに十分な時間（数週間程度）放置されると、1個のPu-239原子に変化するのです。 より重いプルトニウム核種を作るのも同様に簡単です。Pu-239がさらに中性子を捕獲すると、Pu-240、Pu-241、Pu-242、そしてさらに多くの核種に変化するのです。
OK – それでは、単純な中性子の捕獲と忍耐によって、U-238より重いプルトニウム核種ができることがわかりますが、これは宇宙船の動力源に必要なPu-238を作るのには本当に役に立ちません。 41>
中性子を捕獲することによって、原子炉でPu-241が生成されることを思い出してください。 Pu-241はベータ線放出によっても崩壊し、煙探知機などに使われるAm-241を生成することが分かっています。 Am-241はアルファ線を放出し、より軽いネプツニウム（Np-237）に崩壊し、中性子照射を受けると中性子を捕獲してNp-238になります。 最後の変換、つまり最後のベータ崩壊がPu-238を生成する最後のステップとなります。 これがPu-238が非常に高価である理由です。Pu-238を作るには、2回の照射（最初の照射はPu-241を作るのに十分な時間）、プルトニウムをアメリシウムに、アメリシウムをネプツニウムに変換するすべての放射性崩壊に十分な時間、生成したさまざまな目的の元素を分離するためのいくつかの段階の化学処理が必要です
複雑に聞こえるが（まあ複雑なのは確かでしょう）、Pu-238を作ることはかなり単純明快なことなのです。 科学と工学はよく知られ、確立されており、その製造は確かに新しい科学的または技術的分野を開拓するものではありません。
先週お話したように、アメリカのPu-238生産ラインは20年以上前に停止しました。 それ以来、我々はロシアからそれを買っていますが、彼らは独自の宇宙計画を持っており、その上、限られたストックを持っています。
Nuclear Watchによる最近のブログ投稿では、米国は核兵器を解体し、スクラップPu-238の在庫を掘り起こすことによって、Pu-238の必要量を満たすことができるかもしれないと示唆しています。 しかし、私はこの主張を受け入れられるかどうかわからない。というのも、この核種を核兵器に使用するのは全く意味がないからである。 LANLが持っているとされるPu-238の「スクラップ」についてはコメントできませんし、残念ながらNuclear Watchは彼らが引用したLANL文書へのリンクを提供していないため、確認やさらなるコメントをすることが困難になっています。 しかし、もしLANLにPu-238の備蓄があるならば、宇宙開発のために利用するのは確かに素晴らしいことである。 さらに中性子を捕らえれば、U-233はPu-238になり、燃料から化学的に分離することができます。 この話題はこれ以外にもたくさんありますが、私は昨年トリウム炉の話題をかなり徹底的に取り上げました（これらの記事の最初の投稿はこのURLにあり、同じシリーズで他の3つの記事もあります）し、トリウムエネルギーアライアンスのウェブサイトでも取り上げています。 トリウム原子炉には、Pu-238を生産できることに加えて、たくさんの良い点があり、それは研究されテストされてきた技術です。 インドと中国は大規模なトリウム炉システムを開発するかもしれない。しかし、これらの国が10年か20年先の未来に何をしようとも、今後数年間はNASAにとってあまり意味がないだろう。 要するに、将来のニーズに対してどんなに有望であっても、トリウム原子炉はすぐにでも太陽系外縁部に多くの宇宙船を送り込むのに役立つとは思えないということです。 米国は深宇宙探査機を動かすのに必要なPu-238の生産を中止し、その材料の在庫をほとんど使い果たした。 その間、我々はロシアのPu-238を購入してきたが、それも長くは続かず、我々は干上がってしまった。 しかし、核兵器を解体しても、その効果は得られないだろう。 長い目で見れば、トリウムサイクル炉は素晴らしい方法かもしれない。しかし、このような炉は現在世界のどこにもなく、アメリカがすぐに建設する予定もない。 つまり、Pu-238の生産ラインを再稼働させるか、Pu-238を作る（あるいは入手する）別の方法を見つけるか、太陽系内に閉じこもるかの3つの選択肢しか残されていないようだ。 先週も申し上げたように、私は最後の道を選ばないことを心から願っています。 ですから、私たちが何を思いつくか見てみましょう。そして、解決策（と決断）をあまりに長く放置しないことを望みましょう。