La batteria nucleare spaziale che durerà 433 anni: l’americio-241 sostituirà il plutonio

Mentre sulla Terra ci affanniamo a cercare di far durare la batteria del nostro smartphone fino a sera, o discutiamo delle autonomie dei veicoli elettrici, le agenzie spaziali guardano a un orizzonte temporale ben più vasto. Lo spazio, per quanto la mente umana possa concepire, è infinito, ma il carburante dei razzi e l’energia a disposizione delle sonde sono risorse tragicamente finite. Da decenni, per spingere i nostri avamposti robotici verso l’ignoto e mantenerli operativi, la NASA si affida a un sistema tanto affascinante quanto pragmatico: le batterie nucleari. Ora, una nuova generazione di questi dispositivi promette di rivoluzionare definitivamente l’esplorazione spaziale, garantendo energia continua per oltre quattro secoli.

Fin dai primi anni Sessanta, la NASA ha utilizzato i Sistemi di Potenza a Radioisotopi (RPS) per alimentare le missioni più ambiziose. Dalle storiche sonde Voyager alla New Horizons, fino ai complessi rover marziani Curiosity e Perseverance, il cuore pulsante dell’esplorazione è radioattivo. Persino l’atteso drone Dragonfly, progettato per sorvolare i laghi di metano liquido della luna di Saturno, Titano, dipenderà strettamente da questa tecnologia. Il funzionamento di fondo è un trionfo della fisica applicata: i radioisotopi sono elementi instabili che tendono a decadere, e nel farlo generano un calore costante. Questo calore viene poi convertito in elettricità, mantenendo in vita l’elettronica di bordo nei gelidi recessi dello spazio profondo.

La sonda NASA Dragonfly

Perché si usano batterie atomiche e non pannelli solari? Questi sono pesanti, fragili, richiedono di essere rivolti al sole e quindi non funzionano nello spazio solare esterno, dove la luce solare è minima. Al contrario i radioisotopi non hanno questi limiti.

Fino ad oggi, il carburante standard e insostituibile per queste batterie è stato il plutonio-238, solitamente impiegato sotto forma di ossido di plutonio. L’emivita di questo specifico isotopo, ossia il tempo necessario affinché la sua radioattività fisiologica si dimezzi, è di quasi 88 anni.

Isotopo di ossito di plutonio – Wikipedia

Un lasso di tempo senza dubbio ragguardevole, ma che potrebbe rivelarsi insufficiente per le future missioni interstellari. Ecco quindi spuntare all’orizzonte un nuovo e più performante candidato: l’americio-241.

Con un’emivita stimata in ben 433 anni, l’americio-241 offre una longevità operativa che supera di svariati secoli quella del collaudato plutonio. Ciò significa poter mantenere operative le sofisticate strumentazioni scientifiche per generazioni di ricercatori. Tuttavia, inviare materiale radioattivo nello spazio non è un’operazione banale, e la NASA impone criteri di selezione rigidissimi:

• Sicurezza biologica: il materiale prescelto deve essere chimicamente non tossico, o possedere una tossicità estremamente ridotta per l’organismo. L’ossido di plutonio al contrario è altamente tossico.
• Insolubilità: in caso di un ipotetico incidente, non deve essere facilmente assorbibile dall’ambiente o dal corpo umano.
• Formato fisico: il combustibile viene sinterizzato in forma ceramica. In questo modo, invece di vaporizzarsi in particelle inalabili in caso di un rientro distruttivo nell’atmosfera, si frantuma in grossi frammenti solidi che non possono essere assimilati, nemmeno se ingeriti fortuitamente.
• Efficienza termica: l’isotopo deve restare stabile ad altissime temperature, richiedendo al contempo una massa esigua per generare una potente emissione di calore.

Fino a poco tempo fa, solamente il plutonio-238 era stato in grado di superare questo severo sbarramento tecnico, anche se tossico a livello chimico, oltre che radioattivo. Dal gennaio 2025, tuttavia, il Glenn Research Center della NASA e l’Università di Leicester nel Regno Unito hanno stretto un’alleanza strategica per testare sul campo l’americio-241. L’innovazione non si limita a cambiare il materiale radioattivo, ma punta a rivoluzionare l’intero sistema di generazione elettrica.

Invece di affidarsi a obsoleti sistemi termoelettrici, i ricercatori stanno puntando sui convertitori Stirling a pistone libero. In questo peculiare motore, i pistoni galleggiano all’interno del meccanismo sfruttando la microgravità e muovendosi generano energia elettrica senza complessi sistemi biella-manovella. Già nel 2020, un convertitore di questo tipo in funzione presso il centro Glenn aveva raggiunto lo sbalorditivo traguardo di 14 anni di operatività continua senza alcun intervento di manutenzione.

I vantaggi di questa transizione sono evidenti dal punto di vista dell’efficienza esplorativa, ma non mancano le sfide. Il rischio maggiore non risiede nell’impiego spaziale in sé, ma nella complessa fase di produzione e stoccaggio terrestre. Il plutonio-238, dopo uno stop produttivo durato trent’anni, ha visto ripartire la sua filiera solo recentemente grazie ai fondi governativi destinati a strutture come l’Oak Ridge National Laboratory. Parallelamente, i processi di sintesi dell’americio-241 stanno subendo un’intensa fase di ottimizzazione presso il Los Alamos National Laboratory, con l’obiettivo di garantirne sia la massima resa che la totale sicurezza per gli operatori.

Mentre l’economia globale cerca di far quadrare i bilanci energetici puntando sulle rinnovabili, la scienza spaziale ci dimostra che l’innovazione nucleare resta l’unica via pragmatica per superare i limiti imposti dalla natura. Le sonde del futuro, alimentate per secoli, continueranno a inviarci dati molto tempo dopo che i loro creatori avranno lasciato questo mondo.

Rimani aggiornato seguendoci su Google News!

SEGUICI