放射性同位体熱電気転換器
RTGは放射性物質からの熱を電気に変換するのに熱電対を用いている。熱電対は、非常に信頼性が高く長持ちするものの効率が非常に悪い。効率が10%を上回ることはなく、ほとんどのRTGの効率は3%から7%である。宇宙ミッションに用いられる熱電対の材料は、ケイ素-ゲルマニウム合金、テルル化鉛、テルル化アンチモン-ゲルマニウム-銀合金 (TAGS) 等である。熱を電気に変換する別の技術の採用による効率の改善の研究が進められている。高効率の達成により、同じエネルギーを得るのに必要な放射性燃料の量は少なくなり、発電装置全体の重量も軽量化が可能となる。これは、宇宙船の打上げコストに決定的に重要である。
エジソン効果を用いたエネルギー変換装置である熱電子発電機は、10%から20%の効率が可能であるが、通常のRTGよりも高い温度が必要である。初期のPoを用いたRTGのいくつかは熱電子発電機を採用しており、他の同位体でも実現の可能性はあるが、半減期が短いと利用できない。
熱光起電力電池は、可視光よりも、熱い表面から出る赤外線を電気に変換する以外は太陽電池と同じ原理である。熱光起電力電池は熱電対よりも若干良い程度の効率であり、熱電対の上に重畳すると、効率が2倍になり得る。
ほとんどのRTGは、半減期が87.7年のPuを用いている。この同位体を用いるRTGは、1年ごとに出力が0.787%ずつ小さくなる。生産後23年経つと、出力が16.6%減少し、当初の83.4%になる。つまり、当初470Wの電池は、23年後には392Wになる。そのうえ、熱電対も劣化するため、2001年時点でボイジャー1号のRTGは315W、ボイジャー2号のRTGは319Wに出力が低下し、当初比で83.4%を下回る67%の出力となっている。
ガリレオミッションでは、寿命が特に大きな問題となっている。当初は1986年に打ち上げが予定されていたが、チャレンジャー号爆発事故の影響で延期された。そのため、探査機は1989年の打上げまで4年間倉庫に保管されていたことからRTGが劣化し、ミッションの電力供給について計画を立て直さなければならなかった。
燃料はイリジウムの層で囲まれ、高強度グラファイトの覆いで覆われる。イリジウムとグラファイトは、耐食性と耐熱性を持つ。グラファイト容器は、大気圏再突入の際の熱に耐えるように設計されたエアロゾルで包まれる。また、プルトニウム燃料自体は、耐熱性のためにセラミック化され、蒸発やエアロゾル化のリスクを軽減している。セラミックはまた高度に不溶性である。
RTGを搭載した宇宙船の最も直近の事故は、1996年11月16日に打ち上げられたロシアのマーズ96である。2つのRTGは合計200gのプルトニウムを含み、設計通り再突入による損傷はなかったと考えられている。現在では、チリのイキケの東32km沖を中心に320km×80kmの北東から南西に伸びる楕円内のどこかに沈んでいると推定されている。
ソビエト連邦が灯台や無線標識の給電のために設置した多くのBeta-Mが身元不明線源となっている。それらのいくつかは、スクラップにするために不法に分解され、完全に剥き出しか防護壁に欠損のあるSr-90線源が海洋に投棄されたと考えられている。アメリカ国防総省は、Beta-Mの放射線源がテロリストが汚い爆弾を作る材料に使われることを懸念している。
1961年以来、アメリカ合衆国では、28機の放射性同位体エネルギー源の宇宙船が安全にミッションを遂行している。