Bui Nhat Minh
Intern Writer
Cái thứ này cứ tiếp tục, tiếp tục, tiếp tục...
Khai thác năng lượng vốn có trong quá trình phân rã phóng xạ là cách nhiều tàu vũ trụ duy trì đèn khi đi xa nhà.
Hiện nay, các nhà khoa học đã cải thiện đáng kể hiệu suất của những loại pin này ở quy mô vi mô bằng cách khai thác năng lượng từ các hạt alpha được tạo ra do quá trình phân rã của americi - đồng vị phổ biến nhất trong chất thải hạt nhân .
Mặc dù công nghệ này chưa thể cung cấp năng lượng cho xe tự hành trên sao Hỏa có kích thước bằng ô tô trong tương lai gần, nhưng nó có thể là giải pháp hoàn hảo cho các cảm biến từ xa hoặc thậm chí là máy tạo nhịp tim.
Nếu bạn cần gửi thứ gì đó ra xa ổ cắm sạc, thì bạn sẽ cần pin hạt nhân. Những nguồn năng lượng lâu dài này có đủ mọi hình dạng và kích cỡ, và có nhiều phương pháp khác nhau để lấy năng lượng từ sự phân rã của một đồng vị phóng xạ.
Curiosity Rover - xe tự hành đầu tiên trên sao Hỏa không dựa vào tấm pin mặt trời (một ý tưởng hay, xét đến việc sao Hỏa có thể nhiều bụi đến mức nào) - sử dụng quá trình phân rã tự nhiên của plutonium-238 để tạo ra nhiệt, sau đó được chuyển đổi thành 110 watt điện ổn định nhờ các thiết bị nhiệt điện trên tàu. Sau khi chứng kiến hiệu suất ấn tượng của nó , NASA đã tiếp tục phát triển phiên bản nâng cấp được gọi là Máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ đa nhiệm vụ.
Những loại pin này có giá hàng triệu đô la và cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ có trọng lượng tương đương một chiếc ô tô nhỏ gọn. Nhưng các nhà khoa học cũng quan tâm đến việc khám phá các cách phát triển pin hạt nhân siêu nhỏ , có khả năng sản xuất năng lượng ở phạm vi nanowatt hoặc microwatt trong hàng nghìn năm. Hiện nay, một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Tô Châu ở Trung Quốc đã cải thiện loại pin như vậy lên gấp 8.000 lần bằng cách sử dụng nguyên tố americium, mà hầu hết mọi người đều coi là chất thải hạt nhân. Kết quả của nghiên cứu đã được công bố vào đầu tháng này trên tạp chí Nature .
“Trái ngược với pin hóa học,” các tác giả viết trong nghiên cứu, “tuổi thọ của pin vi hạt nhân gắn liền với thời gian bán hủy của đồng vị phóng xạ đã sử dụng, cho phép tuổi thọ hoạt động có thể kéo dài tới vài thập kỷ. Hơn nữa, quá trình phân rã phóng xạ vẫn không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như nhiệt độ, áp suất và từ trường, khiến pin vi hạt nhân trở thành nguồn năng lượng bền bỉ và đáng tin cậy trong các tình huống mà pin thông thường tỏ ra không thực tế hoặc khó thay thế.”
Không giống như nhiệt mà xe tự hành trên sao Hỏa sử dụng để tạo ra điện, thiết bị mới này lại dựa vào ánh sáng bức xạ.
Americium phát ra năng lượng dưới dạng các hạt alpha và phát sáng màu xanh lá cây phóng xạ gần giống với sáo ngữ. Các hạt alpha này thường mất năng lượng rất nhanh, nhưng các nhà khoa học đã tìm ra cách để tiếp cận năng lượng đó—nhúng nguyên tố này vào tinh thể polyme và ghép nối nó với một tế bào quang điện có hiệu quả chuyển đổi ánh sáng thành điện. Thật đáng kinh ngạc, pin hạt nhân nhỏ bé này có thể được bọc an toàn trong một tế bào thạch anh không lớn hơn một milimét.
Shuou Wang, tác giả chính của nghiên cứu, nói với New Scientist rằng sau 200 giờ thử nghiệm, pin cung cấp nguồn năng lượng ổn định với hiệu suất đáng kinh ngạc - hiệu suất cao hơn khoảng 8.000 lần so với các thiết bị trước đây. Americium có chu kỳ bán rã là 7.380 năm, nhưng vì các thành phần khác của thiết bị liên tục chịu bức xạ nên đáng buồn là pin không thể tồn tại lâu như vậy. Tuy nhiên, các tác giả ước tính các thiết bị có thể cung cấp năng lượng trong vài thập kỷ.
Điều đáng nhớ là đây là pin hạt nhân siêu nhỏ, nghĩa là chúng rất, rất nhỏ - nhỏ đến mức, theo New Scientist, phải cần tới 40 tỷ pin như vậy (đúng vậy, có chữ "b") để cung cấp năng lượng cho một bóng đèn 60 watt.
Tuy nhiên, không phải tất cả các ứng dụng điện tử đều cần nhiều năng lượng như vậy. Một công ty khởi nghiệp của Trung Quốc có tên Betavolt đã phát triển các loại pin hạt nhân tương tự, cỡ pint như nguồn năng lượng khả thi cho các thiết bị đeo được hoặc thậm chí là máy tạo nhịp tim. Nhưng vì các vật liệu cốt lõi của những loại pin này không có trong tự nhiên nên chúng quá đắt để chế tạo cho các hoạt động quy mô lớn như, chẳng hạn, một xe tự hành trên sao Hỏa. Vì vậy, có khả năng những loại pin vi hạt nhân này sẽ vẫn là một cuộc cách mạng năng lượng khả thi ở mức nhỏ hơn của thang năng lượng.
Khai thác năng lượng vốn có trong quá trình phân rã phóng xạ là cách nhiều tàu vũ trụ duy trì đèn khi đi xa nhà.
Hiện nay, các nhà khoa học đã cải thiện đáng kể hiệu suất của những loại pin này ở quy mô vi mô bằng cách khai thác năng lượng từ các hạt alpha được tạo ra do quá trình phân rã của americi - đồng vị phổ biến nhất trong chất thải hạt nhân .
Mặc dù công nghệ này chưa thể cung cấp năng lượng cho xe tự hành trên sao Hỏa có kích thước bằng ô tô trong tương lai gần, nhưng nó có thể là giải pháp hoàn hảo cho các cảm biến từ xa hoặc thậm chí là máy tạo nhịp tim.
Nếu bạn cần gửi thứ gì đó ra xa ổ cắm sạc, thì bạn sẽ cần pin hạt nhân. Những nguồn năng lượng lâu dài này có đủ mọi hình dạng và kích cỡ, và có nhiều phương pháp khác nhau để lấy năng lượng từ sự phân rã của một đồng vị phóng xạ.
Curiosity Rover - xe tự hành đầu tiên trên sao Hỏa không dựa vào tấm pin mặt trời (một ý tưởng hay, xét đến việc sao Hỏa có thể nhiều bụi đến mức nào) - sử dụng quá trình phân rã tự nhiên của plutonium-238 để tạo ra nhiệt, sau đó được chuyển đổi thành 110 watt điện ổn định nhờ các thiết bị nhiệt điện trên tàu. Sau khi chứng kiến hiệu suất ấn tượng của nó , NASA đã tiếp tục phát triển phiên bản nâng cấp được gọi là Máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ đa nhiệm vụ.
Những loại pin này có giá hàng triệu đô la và cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ có trọng lượng tương đương một chiếc ô tô nhỏ gọn. Nhưng các nhà khoa học cũng quan tâm đến việc khám phá các cách phát triển pin hạt nhân siêu nhỏ , có khả năng sản xuất năng lượng ở phạm vi nanowatt hoặc microwatt trong hàng nghìn năm. Hiện nay, một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Tô Châu ở Trung Quốc đã cải thiện loại pin như vậy lên gấp 8.000 lần bằng cách sử dụng nguyên tố americium, mà hầu hết mọi người đều coi là chất thải hạt nhân. Kết quả của nghiên cứu đã được công bố vào đầu tháng này trên tạp chí Nature .
“Trái ngược với pin hóa học,” các tác giả viết trong nghiên cứu, “tuổi thọ của pin vi hạt nhân gắn liền với thời gian bán hủy của đồng vị phóng xạ đã sử dụng, cho phép tuổi thọ hoạt động có thể kéo dài tới vài thập kỷ. Hơn nữa, quá trình phân rã phóng xạ vẫn không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như nhiệt độ, áp suất và từ trường, khiến pin vi hạt nhân trở thành nguồn năng lượng bền bỉ và đáng tin cậy trong các tình huống mà pin thông thường tỏ ra không thực tế hoặc khó thay thế.”
Không giống như nhiệt mà xe tự hành trên sao Hỏa sử dụng để tạo ra điện, thiết bị mới này lại dựa vào ánh sáng bức xạ.
Americium phát ra năng lượng dưới dạng các hạt alpha và phát sáng màu xanh lá cây phóng xạ gần giống với sáo ngữ. Các hạt alpha này thường mất năng lượng rất nhanh, nhưng các nhà khoa học đã tìm ra cách để tiếp cận năng lượng đó—nhúng nguyên tố này vào tinh thể polyme và ghép nối nó với một tế bào quang điện có hiệu quả chuyển đổi ánh sáng thành điện. Thật đáng kinh ngạc, pin hạt nhân nhỏ bé này có thể được bọc an toàn trong một tế bào thạch anh không lớn hơn một milimét.
Shuou Wang, tác giả chính của nghiên cứu, nói với New Scientist rằng sau 200 giờ thử nghiệm, pin cung cấp nguồn năng lượng ổn định với hiệu suất đáng kinh ngạc - hiệu suất cao hơn khoảng 8.000 lần so với các thiết bị trước đây. Americium có chu kỳ bán rã là 7.380 năm, nhưng vì các thành phần khác của thiết bị liên tục chịu bức xạ nên đáng buồn là pin không thể tồn tại lâu như vậy. Tuy nhiên, các tác giả ước tính các thiết bị có thể cung cấp năng lượng trong vài thập kỷ.
Điều đáng nhớ là đây là pin hạt nhân siêu nhỏ, nghĩa là chúng rất, rất nhỏ - nhỏ đến mức, theo New Scientist, phải cần tới 40 tỷ pin như vậy (đúng vậy, có chữ "b") để cung cấp năng lượng cho một bóng đèn 60 watt.
Tuy nhiên, không phải tất cả các ứng dụng điện tử đều cần nhiều năng lượng như vậy. Một công ty khởi nghiệp của Trung Quốc có tên Betavolt đã phát triển các loại pin hạt nhân tương tự, cỡ pint như nguồn năng lượng khả thi cho các thiết bị đeo được hoặc thậm chí là máy tạo nhịp tim. Nhưng vì các vật liệu cốt lõi của những loại pin này không có trong tự nhiên nên chúng quá đắt để chế tạo cho các hoạt động quy mô lớn như, chẳng hạn, một xe tự hành trên sao Hỏa. Vì vậy, có khả năng những loại pin vi hạt nhân này sẽ vẫn là một cuộc cách mạng năng lượng khả thi ở mức nhỏ hơn của thang năng lượng.
