Satellit mit Tritium-Generator ist im Orbit

Bei der Mission „Transporter 17“ der SpaceX-Rakete Falcon 9 am 7.7.2026 waren 81 Nutzlasten an Bord, darunter BOHR (Betavoltaic Orbital High Reliability), ein Cubesat der in Florida ansässigen Firma CityLabs, der eine neuartige „beta-voltaische“ Stromversorgungseinheit namens NanoTritium im Orbit testen soll. 

Wie ein RTG (Radioisotope, Thermoelectric Generator) wird dabei die beim Zerfall radioaktiver Atome anfallenden Energie zur Erzeugung elektrischen Stroms genutzt. In RTGs zerfällt ein Radionuklid, zumeist Plutonium-238 mit einer Halbwertszeit von 88 Jahren. Aus der freigesetzten Energie, fast komplett über den Zwischenschritt der kinetischen Energie der entstehenden Alpha-Teilchen, wird Wärme, die über thermoelektrische Elemente zu einem Radiator fließt und an die Umgebung abgegeben wird. In den thermoelektrischen Elementen wird ein geringer Anteil (ca. 5%) der thermischen zu elektrischer Energie gewandelt. 

Bei „betavoltaischen“ Elementen läuft es anders: Da verwendet man einen beta-Strahler. Beta-Teilchen sind Elektronen. Wenn diese auf ein geeignetes Halbleiterelement treffen, wird direkt elektrischer Strom erzeugt, mit einem Wirkungsgrad von bis zu 10%. Ich habe von theoretisch auch möglichen 18% gelesen. Bei BOHR, wo es nur um die Demonstration im Orbits und Tests von der Produktionskette bis zum Einsatz ging, wird aber keinesfalls ein so hoher Wirkungsgrad erreicht. Die Rede ist von einigen zehn Watt thermischer Leistung und einer elektrischen Leistungabgabe im Mikro- bis niedrigen Milliwatt-Bereich. 

Tritium hat eine Halbwertszeit von 12.3 Jahren, also könnte ein solches System über einen Zeitraum von einigen  Jahrzehnten Strom liefern, allerdings mit exponentiell fallender Ausgangsleistung. Hinzu kommt die mögliche Degradation des Halbleitermaterials , die aber aufgrund der niedrigen beta-Energie gering sein sollte. Da Tritium leicht flüchtig ist, ist es in einer Metallhydridmatrix gebunden. Das Gesamtsystem ist also solid-state (ohne bewegte Bauteile). Die effektive Abschirmung dürfte kein Problem sein. 

Tritium wandelt sich durch den beta-Zerfall in Helium-3 um (ein Neutron des Kerns wird zu einem Proton und gibt dabei ein Elektron ab). Üblicherweise sagt man, nach 10 Halbwertszeiten, also 123 Jahren, kann man eine Quelle als zerfallen betrachten. So lange bleibt aber ein Cubesat im niedrigen Erdorbit nicht oben. Die Bahn, in der BOHR ausgesetzt wurde, ist ein SSO zwischen 525 un 550 km Bahnhöhe. Selbst ein kompaktes Objekt wie BOHR bleibt in der Höhe keine 25 Jahre, wahrscheinlich eher 15. Also rund eine Halbwertszeit. Danach wird der Satellit in die Erdatmosphere eintreten und komplett verglühen, was bedeutet, dass die Metallmatrix der NanoTritium-Einheit verbrennt und das Tritium freigesetzt wird. 

Bei so geringen Mengen besteht ohnehin kein Anlass zur Sorge. Ich vermute, ein Teil der Tritium-Atome kann es in die untere Atmosphäre schaffen und wird sich dort mit Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser verbinden. Der Rest wird aufsteigen und die Atmosphäre verlassen. Der radioaktive Zerfall geht auf jeden Fall weiter. 

Nachtrag: Berechnung der theoretischen Energieausbeute

Rechnen wir doch einfach mal die theoretisch mögliche Energieausbeute aus je einem Gramm Tritium. Dazu noch, wie in einem Kommentar vorgeschlagen ⁶³Ni und ²³⁸Pu und vergleichen wir die Werte miteinander. 

Radionuklid	3H	63Ni	238Pu
Molmasse [g/mol]	3	63	238
Halbwertszeit [yr]	12.3	101.2	87,7
Aktivität [1/s]	3.6E14	2.11E12	6.3E11
Energie pro Zerfall [keV/J]	5.7 / 9.1E-16	17.4 / 2.8E-15	5500 / 8.8E-13
Gesamtleistung [W]	0.33	0.006	0.56

Während Nickel also in der Energiedichte um 2 Größenordnungen hinterher hinkt, liegen Tritium und Plutonium fast gleichauf. Hierbei muss allerdings noch eins berücksichtigt werden: Angegeben wurde nur die Leistung pro g Tritium, Nickel oder Plutonium. Während aber Nickel und Plutonium direkt verbaut werden können, muss das Tritium noch in einer metallischen Matrix eingebaut werden, sodass dort die Leistung pro g Kernmasse deutlich schlechter wird. 

Das Plutonium wird zu einem zylindrischen Kern gefertigt, an dessen Außenseite neben einer sicheren Ummantelung noch Radiatoren hängen, um die Abwärme abzustrahlen. Zwischen Kern und Radiatoren sitzen die thermoelektrischen Elemente. Das geht bei einem Alpha-Strahler nicht anders: Die Energie wird zwangsläufig sofort zu Wärme, die dann in elektrischen Strom umgewandelt werden muss. Bei Betastrahlern ist der Aufbau ganz anders, da wird das Radionuklid, entweder direkt oder in seiner metallischen Matrix, zu dünnen Blättern gewalzt, zwischen denen dünne betavoltaische Elemente sitzen, die die Betastrahlung auffangen. Wärmestrahlung kann von diesen nicht genutzt werden. Die Energie, die durch Wechselwirkung mit der Matrix zu Wärme wird, ist also für die Stromerzeugung verloren.