Pin hạt nhân có tuổi thọ hàng nghìn năm

Các nhà nghiên cứu Trung Quốc phát triển một loại pin hạt nhân mới có kích thước nhỏ gọn và hiệu suất mạnh mẽ, phù hợp với ứng dụng công nghiệp.

Interesting Engineering hôm 8/7 đưa tin các nhà nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Tây Bắc hợp tác với công ty Công nghệ Chúc Long Cam Túc ở Trung Quốc để chế tạo loại pin hạt nhân thế hệ mới sử dụng đồng vị carbon-14 và bộ chuyển đổi silicon carbide (SiC). Đây là bước cải tiến lớn so với phiên bản tiền nhiệm không chỉ về dung lượng mà còn do sản phẩm được phát triển hoàn toàn trong nước.

Trước đó, nhóm nghiên cứu từng chế tạo một pin hạt nhân carbon-14 vào năm 2024 và đặt tên là Zhulong 1. Pin thế hệ mới có tên gọi Qianjiyuan Tianshu, sử dụng vật liệu phóng xạ giới hạn ở mức 22%, trong khi tối đa hóa công suất lên 2,6 lần mà không thay đổi điện áp hoặc độ ổn định. Su Maogen, người chỉ đạo dự án ở Đại học Sư phạm Tây Bắc, chia sẻ các phiên bản cũ có công suất thấp, khả năng tích hợp kém và chi phí cao, do đó nhóm của ông tập trung vào phát triển thiết bị nhỏ gọn, mạnh mẽ, giá cả hợp lý và sản xuất hoàn toàn trong nước.

Qianjiyuan Tianshu có 5 nâng cấp quan trọng so với Zhulong-1, bao gồm nguồn phóng xạ phù hợp với vật liệu bán dẫn hơn, thiết kế xếp chồng ba chiều giúp tiết kiệm diện tích và cải thiện khả năng tích hợp. Ngoài ra, hệ thống quản lý vi điện và cảm biến tích hợp cho phép pin có thể tự cung cấp năng lượng.

Bộ chuyển đổi silicon carbide sản xuất tại Trung Quốc cũng giúp nâng cao hiệu suất pin. Loại pin mới có kích thước chỉ hơn 16,8 cm3, sử dụng 129 millicurie carbon-14 và cung cấp dòng điện 0,713 microamper, điện áp 2,06V và công suất tối đa 1,13 microwatt.

Pin hạt nhân thông thường sử dụng vật liệu nhiệt điện để biến nhiệt lượng từ quá trình phân rã thành năng lượng, nhưng sử dụng các hệ thống cồng kềnh và cần nhiệt độ cao để hoạt động. Ngược lại, Qianjiyuan Tianshu hướng các electron (hạt beta) từ quá trình phân rã vào bộ bán dẫn silicon carbide để trực tiếp tạo ra dòng điện.

Theo SCMP, dù chỉ giảm 17% thể tích pin, nhóm nghiên cứu tăng thành công mật độ công suất thể tích (đo lượng công suất phát ra hoặc lưu trữ trên một đơn vị thể tích của thiết bị) lên khoảng 15 lần. Do chu kỳ bán rã của carbon là 5.730 năm, Qianjiyuan Tianshu có tuổi thọ lên tới hàng nghìn năm.

Pin hạt nhân, còn gọi là pin đồng vị phóng xạ hoặc pin nguyên tử, sử dụng năng lượng từ quá trình phân rã của đồng vị phóng xạ bên trong để tạo ra điện. Vì chu kỳ bán rã của đồng vị phóng xạ có thể kéo dài vài thập kỷ, thậm chí hàng thế kỷ, pin hạt nhân có thể hoạt động lâu hơn nhiều so với pin hóa học, là lựa chọn lý tưởng để triển khai trong tàu vũ trụ, cảm biến môi trường từ xa, thiết bị cấy ghép y tế. Những nhiệm vụ không gian sâu của NASA bao gồm tàu thăm dò Voyager năm 1977 và robot tự hành Mars Curiosity năm 2012 đều sử dụng pin hạt nhân. Trung Quốc cũng trang bị pin hạt nhân cho các tàu thám hiểm Mặt Trăng là tàu Hằng Nga 3 và Hằng Nga 4.

tổng hợp