Icon up Overzicht

Energie voor verre reizen (HAVO12 2004-I)

Onderwerp: Kern- & Deeltjesprocessen (vwo), Kernfysica, Trilling en golf

 

Lees onderstaand artikel.

Kernenergie voor Cassini

In oktober 1997 is vanaf het Amerikaanse ruimtevaartcentrum Cape Canaveral de Cassinisonde gelanceerd voor een reis naar de planeet Saturnus. De sonde zal in juli 2004 bij de planeet met de ringen aankomen. Gedurende vier jaar verblijft de onbemande sonde in een baan om Saturnus. De sonde gaat metingen verrichten die doorgestuurd worden naar de aarde. De Cassini heeft elektrische energie nodig voor de apparatuur. Zonnepanelen zijn daarvoor niet geschikt; de sonde is uitgerust met een zogenaamde RTG. De afkorting RTG staat voor 'radio-isotope thermo-electric generator'. In de RTG wordt warmte geleverd door radioactief verval van plutonium. Die warmte wordt rechtstreeks omgezet in elektrische energie. De Cassini heeft 33 kg van de isotoop plutonium-238 aan boord. Hiermee wordt gedurende de elf jaar durende missie een vrijwel constant elektrisch vermogen van 885 watt geproduceerd. Het proces van energieopwekking in een RTG wijkt principieel af van dat in een kernreactor.

Figuur 1: het zonnestelsel.

naar: NRC Handelsblad, oktober 1997.

Opgave

De sonde zendt gegevens naar de aarde door middel van radiosignalen. Deze verplaatsen zich met de lichtsnelheid. Als de sonde bij de planeet Saturnus aankomt, is zijn afstand tot de aarde 1,4·1012 m.

a) Bereken de tijd die de signalen er dan over doen om de aarde te bereiken.

b) Leg uit waarom zonnepanelen niet geschikt zijn voor de elektriciteitsvoorziening van de Cassini-sonde.

Bij het verval van een plutonium-238-kern komt een hoeveelheid energie vrij van 5,6 MeV. Daarbij wordt een (klein) deel van de massa van zo'n kern omgezet in energie. Het plutonium-238 van de Cassini-sonde heeft een activiteit van 2,1·1016 Bq. De verandering van de activiteit gedurende een jaar is te verwaarlozen.

c) Bereken de massa, uitgedrukt in kilogram, die bij dit verval in 1,0 jaar wordt omgezet in energie.

In de toekomst worden misschien onbemande ruimtereizen uitgevoerd naar naburige sterren. Die ruimteschepen zullen enkele duizenden jaren onderweg zijn. Tijdens die reizen zal steeds elektriciteit nodig zijn voor de meetapparatuur. De halveringstijd van plutonium-238 is 88 jaar.

d) Is bij dergelijke reizen een RTG met plutonium-238 een geschikte bron voor de elektriciteitsvoorziening? Licht je mening toe.

In de laatste zin van het artikel wordt gezegd dat het proces van energieopwekking in een RTG principieel afwijkt van dat in een kernreactor. De afmetingen van een RTG zijn veel kleiner dan die van een kernreactor.

e) Noem twee verschillen tussen de wijze van energieopwekking in een RTG en die in een kernreactor.