Các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Sư phạm Tây Bắc phối hợp với Công ty Công nghệ Cam Túc Zhulong đã phát triển thành công mẫu pin hạt nhân mới mang tên Qianjiyuan Tianshu. Thiết bị sử dụng đồng vị phóng xạ carbon-14 kết hợp với bộ chuyển đổi silicon carbide do Trung Quốc tự phát triển, đánh dấu bước tiến mới trong lĩnh vực nguồn năng lượng siêu bền.
Ảnh: TL
Không giống các loại pin hóa học truyền thống vốn chỉ hoạt động trong vài năm, pin hạt nhân khai thác năng lượng sinh ra từ quá trình phân rã phóng xạ. Nhờ đặc tính bán rã rất dài của vật liệu phóng xạ, loại pin này có khả năng duy trì nguồn điện ổn định trong thời gian lên tới hàng thế kỷ, thậm chí hàng thiên niên kỷ.
Trước đây, công nghệ pin hạt nhân chủ yếu được ứng dụng trong các sứ mệnh không gian, cung cấp năng lượng cho tàu thăm dò của NASA hoặc các phương tiện khám phá Mặt Trăng thuộc chương trình Chang’e của Trung Quốc. Hiện nay, các nhà khoa học đang hướng tới việc thu nhỏ kích thước và nâng cao hiệu suất để mở rộng phạm vi ứng dụng trong nhiều lĩnh vực dân sự và công nghiệp.
Theo nhóm phát triển, Qianjiyuan Tianshu sở hữu năm cải tiến quan trọng so với thế hệ Zhulong-1 trước đó. Thiết kế xếp chồng ba chiều giúp tận dụng không gian hiệu quả hơn, trong khi hệ thống quản lý vi nguồn thông minh cho phép thiết bị vận hành ổn định với mức tiêu thụ năng lượng tối ưu.
Một điểm đáng chú ý là lượng vật liệu phóng xạ sử dụng đã được cắt giảm xuống còn khoảng 22% so với thiết kế trước, nhưng công suất cực đại lại tăng gấp 2,6 lần, đồng thời vẫn duy trì điện áp ổn định trong quá trình hoạt động.
Qianjiyuan Tianshu có kích thước rất nhỏ, thể tích chỉ khoảng 16,8 cm³. Bên trong chứa 129 millicurie carbon-14, tạo ra dòng điện khoảng 0,713 microampere với điện áp 2,06V.
Khác với các công nghệ pin hạt nhân truyền thống vốn sử dụng bộ chuyển đổi nhiệt điện và yêu cầu nguồn nhiệt lớn, thiết bị mới chuyển đổi trực tiếp các hạt beta phát sinh từ quá trình phân rã carbon-14 thành dòng điện thông qua vật liệu bán dẫn silicon carbide. Cơ chế này được ví như pin năng lượng mặt trời, nhưng thay vì hấp thụ ánh sáng, nó khai thác năng lượng từ bức xạ phát ra trong quá trình phân rã hạt nhân.
Nhóm nghiên cứu cho biết dù chỉ giảm khoảng 17% thể tích thiết bị, mật độ năng lượng theo thể tích đã tăng khoảng 15 lần so với thế hệ trước. Đây được xem là bước cải tiến đáng kể, giúp pin đạt hiệu quả cao hơn trong khi vẫn giữ kích thước nhỏ gọn.
Nhờ chu kỳ bán rã khoảng 5.730 năm của carbon-14, giới chuyên môn đánh giá Qianjiyuan Tianshu có thể duy trì khả năng cung cấp năng lượng trong thời gian rất dài. Theo nhận định của South China Morning Post, tuổi thọ hoạt động lý thuyết của loại pin này có thể kéo dài tới hàng nghìn năm.
Với đặc tính siêu bền, kích thước nhỏ và khả năng hoạt động ổn định trong thời gian dài, pin hạt nhân thế hệ mới được kỳ vọng sẽ mở ra nhiều ứng dụng quan trọng như thiết bị y tế cấy ghép, cảm biến đặt tại khu vực hẻo lánh, hệ thống giám sát công nghiệp, thiết bị dưới đáy biển cũng như các sứ mệnh thám hiểm không gian trong tương lai.
Bình luận
0