Mỹ phát triển pin hạt nhân từ năng lượng bức xạ

Các nhà nghiên cứu tại Đại học bang Ohio đã đạt được một bước tiến đột phá khi phát triển một loại pin có khả năng chuyển đổi chất thải hạt nhân thành điện năng, mở ra triển vọng mới cho việc tận dụng nguồn năng lượng sạch và bền vững.

Khai thác bức xạ gamma từ nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng

Công nghệ này hoạt động dựa trên việc khai thác bức xạ gamma từ nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng, một nguồn năng lượng trước đây bị coi là khó khai thác an toàn. Theo Raymond Cao, tác giả chính của nghiên cứu, nhóm của ông đã tận dụng những gì bị xem là chất thải để biến thành một nguồn tài nguyên giá trị.

Công nghệ pin hạt nhân hoạt động dựa trên việc khai thác bức xạ gamma từ nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng. Ảnh minh hoạ

Điểm nổi bật của công nghệ này là việc sử dụng các tinh thể nhấp nháy, có khả năng phát sáng khi tiếp xúc với bức xạ. Ánh sáng phát ra sẽ được hấp thụ bởi một hệ thống pin năng lượng mặt trời, tương tự như các tấm pin quang điện truyền thống và chuyển hóa thành điện năng. Nguyên mẫu pin có kích thước khoảng bốn mét khối, sử dụng hai đồng vị phóng xạ phổ biến từ nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng là cesium-137 và coban-60. Kết quả thử nghiệm cho thấy, pin có thể tạo ra 288 nanowatt khi sử dụng cesium-137 và 1,5 microwatt khi dùng coban-60, đủ để cung cấp năng lượng cho các cảm biến nhỏ.

Mặc dù mức công suất đầu ra vẫn còn hạn chế so với nhu cầu điện năng quy mô lớn, nhưng nghiên cứu này chứng minh tiềm năng mở rộng để phục vụ các ứng dụng yêu cầu công suất cao hơn. Raymond Cao nhận định rằng, với những điều chỉnh phù hợp, công nghệ này có thể đạt được mức sản lượng điện từ watt trở lên, mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong lĩnh vực cảm biến và lưu trữ năng lượng.

Một trong những lợi ích lớn nhất của công nghệ này là khả năng giảm thiểu rủi ro của chất thải phóng xạ. Hiện tại, năng lượng hạt nhân cung cấp khoảng 20% sản lượng điện của Mỹ với lượng khí thải nhà kính tối thiểu. Tuy nhiên, chất thải phóng xạ từ các nhà máy điện hạt nhân vẫn là một bài toán nan giải vì nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe con người và môi trường. Giải pháp mới này không chỉ giúp tận dụng hiệu quả nguồn năng lượng từ bức xạ mà còn góp phần giải quyết vấn đề lưu trữ và xử lý chất thải hạt nhân.

An toàn khi sử dụng

Bên cạnh việc hỗ trợ các cơ sở lưu trữ chất thải hạt nhân, công nghệ này còn có tiềm năng ứng dụng trong các môi trường đặc biệt như thám hiểm biển sâu và không gian vũ trụ, nơi bức xạ cao là một yếu tố không thể tránh khỏi. Các nhà nghiên cứu cũng nhấn mạnh rằng, dù bức xạ gamma được sử dụng trong nghiên cứu này có khả năng xuyên thấu mạnh gấp hàng trăm lần so với chụp X-quang hay CT, nhưng bản thân pin lại không chứa vật liệu phóng xạ nên hoàn toàn an toàn khi sử dụng.

Nguyên mẫu pin sử dụng các tinh thể nhấp nháy, có đặc tính phát ra ánh sáng khi tiếp xúc với bức xạ. Ảnh: Đại học bang Ohio

Nghiên cứu còn chỉ ra rằng, thiết kế của tinh thể nhấp nháy đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện công suất đầu ra. Tinh thể có diện tích bề mặt lớn hơn giúp hấp thụ bức xạ hiệu quả hơn, từ đó tăng cường khả năng chuyển đổi năng lượng. Tuy nhiên, để mở rộng quy mô ứng dụng thực tế, nhóm nghiên cứu cần giải quyết "bài toán" chi phí sản xuất và tiếp tục nghiên cứu chuyên sâu nhằm tối ưu hóa hiệu suất của công nghệ này.