thumb|300px|Diagrama del RTG usado en la sonda Cassini
Un generador termoeléctrico de radioisótopos o RTG (siglas de su denominación en inglés Radioisotope Thermoelectric Generator) es un generador eléctrico simple que obtiene su energía de la liberada por la desintegración de determinados elementos radiactivos. En este dispositivo, la energía, liberada en forma de calor por la desintegración del material radiactivo se convierte en energía eléctrica directamente gracias al uso de una serie de termopares, que convierten la energía térmica en energía eléctrica debido al efecto termoeléctrico en la llamada unidad de calor de radioisótopos (o RHU en inglés). Los RTG se pueden considerar un tipo de batería y se han usado en satélites, sondas espaciales no tripuladas e instalaciones remotas que no disponen de otro tipo de fuente eléctrica o de calor. Los RTG son los dispositivos más adecuados en situaciones donde no hay presencia humana y se necesitan potencias de varios centenares de vatios durante largos periodos de tiempo, situaciones en las que los generadores convencionales como las pilas de combustible o las baterías no son viables económicamente y donde no pueden usarse células fotovoltaicas.
Historia thumb|200px|Un pellet de 238PuO2 para ser utilizado en una RTG, tanto para la misión Cassini y la Galileo. La producción inicial es de 62 vatios. El pellet se vuelve incandescente hasta el rojo caliente por el calor generado por la desintegración radiactiva (principalmente α). Esta foto fue tomada después de aislar el pellet bajo una manta de grafito durante varios minutos y luego retirar la manta.
En la misma carta breve en la que introdujo el satélite de comunicaciones, Arthur C. Clarke sugirió que, con respecto a la nave «el período de operación podría prolongarse indefinidamente mediante el uso de termopares»."the operating period might be indefinitely prolonged by the use of thermocouples'' .
Un RTG fue desarrollado en EE. UU. a finales de la década 1950 por el Mound Laboratories en Miamisburg, Ohio, bajo contrato con la United States Atomic Energy Commission. El proyecto fue dirigido por Bertram C. Blanke.
El primer RTG lanzado al espacio por los Estados Unidos fue el Sistema nuclear de potencia auxiliar SNAP 3 a bordo del satélite de la Marina Transit 4A en 1961. Uno de los primeros usos terrestres de los RTG fue en 1966 por la US Navy en la isla deshabitada roca Fairway, en Alaska para generar la energía de un sistema de vigilancia medioambiental. Los RTG se utilizaron en ese lugar hasta 1995.
Diseño
El diseño de un RTG es simple desde el punto de vista de la ingeniería nuclear: el componente principal es un robusto contenedor de combustible nuclear. Los termopares se colocan en la parte exterior del contenedor, con el contacto externo del mismo situado junto a un disipador. La desintegración del combustible nuclear genera calor que se desplaza hacia el exterior del contenedor, pasa junto a los termopares y se disipa en los disipadores. Un termopar es un dispositivo termoeléctrico que convierte calor en electricidad de forma directa, usando el efecto Seebeck. Está construido con dos metales (o semiconductores) diferentes unidos entre sí, y que son conductores eléctricos. Ambos metales están conectados en un bucle cerrado mediante dos uniones, si ambas uniones se encuentran a temperaturas diferentes, se produce una diferencia de potencial entre ambas que genera una corriente eléctrica.
Combustibles thumb|200px|Inspeccionando los niveles de radiación de los RTG de la Cassini-Huygens
Los combustibles usados en los RTG deben tener determinadas características: Su periodo de semidesintegración debe ser suficientemente largo como para generar calor de forma continua durante un periodo razonable de tiempo; a su vez, dicho periodo de semidesintegración debe ser lo suficientemente corto como para generar una cantidad de calor utilizable en la práctica. Dichos periodos suelen ser de varias decenas de años, aunque se utilizan isótopos de vidas medias más cortas para aplicaciones especializadas. En su uso espacial, el combustible debe producir una gran cantidad de calor respecto a su masa y volumen (alta densidad energética). En su uso terrestre dichos parámetros no son importantes. Debería producir radiación de alta energía y de baja penetración, preferentemente radiación alfa. La radiación beta puede producir grandes cantidades de rayos X y rayos gamma, mediante la producción de radiación secundaria, lo que requiere un fuerte blindaje del dispositivo. La serie de desintegración de dichos isótopos no deberían producir grandes cantidades de radiación gamma, neutrones o radiación penetrante en general.
thumb|300px|New Horizons en la sala de ensamblaje.
Los dos primeros criterios limitan el número de combustibles posibles a menos de 30. Los más adecuados son: el 238Pu, el 244Cm y el 90Sr
Existen otros como: el 210Po, el 147Pm, el 137Cs, el 144Ce, el 106Ru y el 242Cm.
El plutonio-238 es el que necesita menores blindajes y el que tiene mayor periodo de semidesintegración (es decir, mayor periodo de generación de calor). Solo tres isótopos cumplen un tercer criterio: el de necesitar menos de 25mm de blindaje de plomo. El mejor en este aspecto, el plutonio-238, requiere únicamente 2,5mm de plomo, por lo que en ocasiones el mismo material del contenedor es suficiente .
El plutonio-238, en forma de óxido de plutonio (IV), es el más usado en los RTG de las sondas espaciales. Tiene un semiperiodo de 87,7años, una densidad energética razonable y una tasa de emisión de radiación gamma y neutrónica extremadamente baja. Muchos RTG de uso terrestre utilizan estroncio-90 (Usados por ejemplo en faros de regiones remotas cercanas al polo norte), que aunque tiene una semivida menor, una densidad energética mucho más baja y emite radiación de frenado o bremsstrahlung, es más barato.
Algunos RTG fabricados en 1958 por la Comisión para la Energía Nuclear estadounidense (la NRC) utilizaron polonio-210, isótopo que tiene una excepcional densidad energética pero emite cantidades apreciables de radiación gamma. Un kilogramo de polonio-210 puro en forma cúbica tendría una arista de 48mm y emitiría 63,5kW de potencia (140W/g), calor suficiente para vaporizar dicho material. También se estudiaron los isótopos curio-242 y curio-244 pero requieren un blindaje pesado para evitar que se filtren las radiaciones gamma y neutrónicas que provienen de reacciones de fisión espontánea.
El americio-241 también podría ser empleado como combustible, con una semivida mayor que el plutonio-238: 432años. Un RTG construido con este combustible podría producir energía eléctrica durante siglos. Sin embargo, la densidad energética del americio-241 es aproximadamente la cuarta parte de la del plutonio-238, y emite radiación gamma procedente de los productos de desintegración, aunque un blindaje de solo 18mm sería suficiente para apantallar dicha radiación. Es el segundo isótopo con menor necesidad de apantallamiento tras el plutonio-238.
Uso Espacial
Un uso habitual de los RTG es como generadores de energía eléctrica en sondas espaciales, en los llamados dispositivos SNAP. El primer RTG se lanzó al espacio en 1961 a bordo del SNAP 3 (Systems Nuclear Auxiliary Power Program) en la sonda Navy Transit 4A. Estos se instalan en misiones que se alejan tanto del Sol que hace que el uso de paneles solares sea inviable.
Algunos ejemplos son las sondas Pioneer 10 y 11, Voyager 1 y 2, Galileo, Ulysses, Cassini y New Horizons. Además, se utilizaron en las dos sondas Viking y en experimentos situados en la superficie lunar por las misiones Apolo 12 a 17. También se han usado en los satélites Nimbus, Transit y Les.
También se usaron los Generadores de Calor por Radioisótopos, usados como eso, generadores de calor. Constan de una pequeña cantidad de plutonio-238 y sirven para calentar diferentes elementos de sondas como las Mars Exploration Rovers, las Galileo y Cassini y varias sondas de exploración rusas.
Terrestre Uno de los primeros RTG de uso terrestre se instaló en la isla deshabitada Fairway Rock en 1966. Estuvo operativo hasta su desmantelamiento en 1995.
La Unión Soviética construyó numerosos faros y balizas de navegación alimentadas por RTG de estroncio-90, dispositivos muy fiables. Estos dispositivos pueden ser problemáticos en cuestiones de seguridad y medioambiente, sobre todo tras la desaparición de la URSS, ya que al estar situados en zonas deshabitadas durante largo tiempo, podrían ceder combustible nuclear al exterior o ser robados. Existen algunos casos de accidentes con algunos RTG soviéticos. Algunos de ellos han sido presa de los chatarreros, que desmontan las partes metálicas externas sin tener en cuenta el riesgo de contaminación radiactiva al que se someten. Se cree que existen unos 1000RTG de este tipo en Rusia que deberían ser desmantelados.
También se utilizaron pequeñas "células de plutonio" (pequeños RTG alimentados con plutonio-238) para marcapasos. Estos RTG pueden ser problemáticos si su portador es disparado en el pecho o si a la muerte del usuario no se retira y se incinera al fallecido (y a la fuente de plutonio). Sin embargo la contaminación en el exterior es poco probable. En 2004 aun existían unos 90 en uso.
Vida útil
La mayoría de RTG usan plutonio-238, el cual tiene un periodo de semidesintegración de 87,7años. Así, los RTG que usen este combustible perderán , es decir, un 0,787% de su potencia anualmente. Un RTG de este tipo tendrá el , es decir, un 83,4% de su potencia inicial al cabo de 23años. Así, con una potencia inicial de 470W, tras 23años su salida se habrá reducido hasta . Sin embargo, los termopares bimetálicos también pierden rendimiento con el tiempo. A principios de 2001, los RTG de las Voyager habían reducido su potencia hasta los 315W en el caso de la Voyager1 y los 319W en el caso de la Voyager 2; los termopares estaban trabajando al 80% de su capacidad inicial.
La vida útil fue un aspecto importante de la misión Galileo: en principio iba a ser lanzada en 1986, pero el accidente del Challenger pospuso su lanzamiento hasta 1989, así que los RTG habían perdido parte de su potencia inicial, con lo que hubo que reconsiderar la potencia disponible durante la misión.
Eficiencia
Los RTG usan termopares para convertir el calor liberado por el material radiactivo en electricidad. Los termopares, aunque son fiables y duran mucho tiempo, son poco eficientes. El rendimiento medio está entre el 3 y el 7%, siendo el máximo alcanzado del 10%. Sin embargo, se han estudiado alternativas para generar energía eléctrica a partir del calor generado. Un mayor aprovechamiento facilitaría el tener que usar menor cantidad de combustible nuclear, con lo que podría reducirse el tamaño de estos dispositivos para abaratar las misiones.
Los dispositivos de conversión energética basados en el principio de la emisión termoiónica pueden tener rendimientos como máximo del 10-20%, pero requieren temperaturas mayores que las alcanzadas en los RTG estándar. Algún prototipo de RTG termoiónico ha usado polonio-210, y otros isótopos extremadamente radiactivos podrían servir, pero estos isótopos tienen periodos de semidesintegración muy cortos y son inviables. Algunos reactores nucleares espaciales han usado convertidores termoiónicos, pero estos reactores son demasiado pesados para ser usados en la mayoría de misiones.