Trung Quốc chế tạo pin hạt nhân có thể hoạt động trong một thế kỷ mà không cần sạc

Các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển loại pin hạt nhân đầu tiên của quốc gia này dựa trên carbon, có khả năng hoạt động trong hơn một thế kỷ mà không cần sạc.

Theo báo Bưu điện Hoa Nam buổi sáng (SCMP), được nghiên cứu và phát triển tại Đại học Sư phạm Tây Bắc ở tỉnh Cam Túc, loại pin này được cho là có thể cung cấp năng lượng cho các thiết bị y tế như máy tạo nhịp tim, vốn có thể hoạt động liên tục đến 15 năm, cũng như cho tàu vũ trụ và các thiết bị hoạt động trong môi trường khắc nghiệt như biển sâu hay vùng cực.

Mặc dù không đề cập đến ứng dụng cho ô tô điện, nhưng Đại học Sư phạm Tây Bắc cho rằng loại pin này có đặc tính xanh và ít carbon, có thể giúp “thúc đẩy việc nâng cấp chuỗi công nghiệp năng lượng mới của Trung Quốc”.

Loại pin hạt nhân này được thiết kế để tồn tại trong 50 năm, nhưng các nhà nghiên cứu cho biết nó có thể kéo dài hơn 100 năm trong điều kiện khắc nghiệt. Ông Zhang Guanghui, người đứng đầu dự án nghiên cứu tại trường, cho biết: “Về lý thuyết, loại pin này có thể tồn tại hàng nghìn năm nhờ chu kỳ bán rã dài của carbon-14, là 5.730 năm”.

Pin hoạt động nhờ sự phân rã phóng xạ của carbon-14, một đồng vị phóng xạ yếu của carbon. Với công suất đầu ra tối đa lên tới 433 nanowatt, pin này được chế tạo từ hợp chất bán dẫn gồm silicon và carbon. Nó có thể hoạt động trong nhiệt độ từ -100°C đến 200°C, với mật độ năng lượng cao và hiệu suất suy giảm dưới 5% suốt tuổi thọ của pin.

Một thí nghiệm đã cho thấy một chiếc đèn LED chạy bằng loại pin này đã hoạt động liên tục gần 4 tháng, phát ra hơn 35.000 xung. Nhà nghiên cứu chính, Giáo sư Su Maogen, cho biết pin có thể cung cấp năng lượng vĩnh viễn cho các thiết bị y tế cấy ghép như máy tạo nhịp tim và giao diện não - máy tính, cũng như hỗ trợ các mạng cảm biến trong Internet vạn vật.

Pin cũng có thể được sử dụng trong các môi trường khắc nghiệt như biển sâu, các vùng cực, Mặt Trăng và sao Hỏa, cung cấp nguồn năng lượng liên tục mà không cần bảo trì. Trong các sứ mệnh thám hiểm không gian sâu, nó có thể cung cấp năng lượng cho các tàu thăm dò hoạt động không ngừng.

Đây là thành quả hợp tác giữa Đại học Sư phạm Tây Bắc và Beita Pharmatech, nơi phát triển các hợp chất liên quan đến carbon-14, một đồng vị được sử dụng rộng rãi trong khoa học và y học. Trường đại học cũng cho biết họ đang phát triển các thiết bị để thu thập và tách riêng đồng vị carbon-14, nhằm xây dựng một hệ thống công nghiệp cho việc sử dụng và khai thác đồng vị này.

Carbon-14, một trong ba đồng vị carbon tự nhiên, chiếm tỉ lệ rất nhỏ, chỉ 1 phần tỷ trong mỗi nguyên tử carbon. Năm ngoái, Trung Quốc đã bắt đầu sản xuất carbon-14 trong một lò phản ứng hạt nhân thương mại ở tỉnh Chiết Giang, điều này giúp nước này giảm bớt sự phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu từ Canada, Nam Phi, Australia và Nga.

Trong khi đó, các nhà khoa học tại Đại học Bristol và Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Vương quốc Anh cũng đã phát triển một loại pin kim cương carbon-14 đầu tiên trên thế giới, thu được điện từ các electron chuyển động nhanh trong cấu trúc kim cương. Loại pin này cũng có khả năng sử dụng lâu dài cho các thiết bị y tế, an ninh, và trong những môi trường khắc nghiệt như không gian.

Với những tiềm năng lớn này, pin hạt nhân dựa trên carbon-14 có thể mở ra một tương lai mới cho các ứng dụng năng lượng bền vững và lâu dài trong nhiều lĩnh vực quan trọng.

Loại pin này là kết quả hợp tác giữa trường đại học và Beita Pharmatech, nơi phát triển các hợp chất liên quan đến carbon-14 – một đồng vị được sử dụng rộng rãi trong khoa học và y học, chẳng hạn để phát hiện nhiễm trùng do vi khuẩn.

Trường đại học cho biết họ có kế hoạch phát triển thiết bị phát hiện nhanh đồng vị carbon-13 tự động và máy tách điện từ đồng vị – “một bước quan trọng hướng tới việc thiết lập một hệ thống công nghiệp” để thu thập đồng vị carbon-14.

Theo Đại học Quốc gia Australia, trong số ba đồng vị carbon được tìm thấy trong tự nhiên, carbon-12 chiếm khoảng 99,8% tổng số nguyên tử carbon, carbon-13 chiếm khoảng 1% và carbon-14 hiếm nhất ở mức 1 trong mỗi 1 tỷ nguyên tử carbon (at one in every 1 billion carbon atoms).

Năm ngoái, Trung Quốc đã bắt đầu sản xuất hàng loạt carbon-14 trong một lò phản ứng hạt nhân thương mại ở tỉnh Chiết Giang, miền đông, báo hiệu sự chuyển dịch khỏi sự phụ thuộc gần như hoàn toàn vào nguồn nhập khẩu từ Canada, Nam Phi, Australia và Nga. Tháng 12, các nhà khoa học tại Đại học Bristol và Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Vương quốc Anh cho biết họ đã tạo ra pin kim cương carbon-14 đầu tiên trên thế giới.

Loại pin này thu được các electron chuyển động nhanh từ bên trong cấu trúc kim cương, có thể “bao bọc an toàn một lượng nhỏ carbon-14”. Họ cho biết loại pin này là nguồn năng lượng lâu dài có thể được sử dụng trong các thiết bị y tế, thiết bị an ninh và môi trường khắc nghiệt như không gian.

Với những tiềm năng lớn này, pin hạt nhân dựa trên carbon-14 có thể mở ra một tương lai mới cho các ứng dụng năng lượng bền vững và lâu dài trong nhiều lĩnh vực quan trọng.