Aus dem Reaktor direkt in die Batterie

Statt in einem aufwändigen Verfahren möglichst reines Plutonium-238 herzustellen, werden von USNC schlicht Kapseln mit vorher ausgesuchten Stoffen in Kernreaktoren mit Neutronen bestrahlt, aus dem Kernreaktor entnommen und ohne weitere Aufarbeitung als Strahlungsquelle benutzt. Je nach Bestrahlungsdauer und -intensität entstehen unterschiedlich starke Strahlungsquellen. Die Halbwertszeit hängt dagegen hauptsächlich von den vorher ausgewählten Stoffen ab.

Das Weglassen der chemischen Aufarbeitung der Proben bedeutet, dass keine Strahlungsquellen aus reinen Stoffen erzeugt werden können und auch, dass die maximale Konzentration an Radioisotopen begrenzt ist. Je nach notwendiger Leistung und Halbwertszeit wird die Strahlungsquelle also schwerer und zusammen mit dem notwendigen Strahlungsschild damit auch die Radioisotopenbatterie. Aber die vor allem durch SpaceX stark gesunkenen Startkosten von Raketen machen solche Kompromisse akzeptabel.

Ohne die chemischen Verarbeitungsschritte können die Strahlungsquellen sehr viel einfacher und flexibler erzeugt werden. Sie werden nur in den Reaktor eingebracht, herausgezogen und strahlungssicher verpackt. Es gibt wesentlich weniger Arbeitsschritte, die radioaktives Material freisetzen und Menschen einer gefährlichen Strahlungsdosis aussetzen können. Das Verfahren ist dadurch leichter zu genehmigen, schneller und in größerem Maßstab durchführbar und sollte deutliche Kosteneinsparungen mit sich bringen. Die Firma hat bereits 2021 einen Vertrag zur Bestrahlung von Proben abgeschlossen.

Ein Test der Technik im Erdorbit ist bedenklich

USNC sagt derzeit nicht, welche Ausgangsstoffe verwendet und Leistungsdichten und Halbwertszeiten erreicht werden. Die Gesamtleistung soll je nach Bedarf von Milliwatt bis in den Kilowattbereich gewählt werden können. Wenn die Radioisotopenbatterie nicht als reine Wärmequelle, sondern als Stromquelle dienen soll, muss die entstandene Wärme umgewandelt werden. In der Raumfahrt sind dafür Thermoelemente durch Nutzung des Seebeck-Effekts üblich, aber auch Stirlingmotoren wurden bereits für diesen Zweck entwickelt, Thermophotovoltaik ist mit ausreichend hohen Temperaturen auch möglich.

Anwendungszwecke sieht USNC als Wärmequelle während der 14-tägigen Mondnacht und als Stromquelle für Raumsonden. Eine Abwandlung der gleichen Technik soll den Einsatz als Strahlungsquelle möglich machen, wie es beispielsweise bei der Krebsbehandlung üblich ist. Dazu wird die Abschirmung gezielt geöffnet.

Bedenklich ist allerdings, dass die Technik nach DIU-Angaben an Bord von Satelliten getestet werden soll, also im Erdorbit. In den USA wurden seit den 1960er Jahren keine Satelliten mehr Radioisotopenbatterien ausgestattet, weil sich Photovoltaik dort als zuverlässige und überlegene Technik der Stromversorgung bewiesen hat. Auch wenn die Kapseln den Absturz auf die Erde überstehen können müssen, wurden Radioisotopenbatterien seitdem ausschließlich für Missionen jenseits des Erdorbits verwendet.