Các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Daegu Gyeongbuk, Hàn Quốc đã tạo ra loại pin hạt nhân an toàn, có thể biến bức xạ trực tiếp thành điện trong nhiều thập kỷ

Pin hạt nhân betavoltaic, nhạy cảm với thuốc nhuộm và sử dụng các hạt beta (chỉ là các electron năng lượng cao). Điểm kỳ diệu của pin này là sử dụng vật liệu carbon-14, đồng vị phóng xạ phát ra các hạt beta. Các hạt này va vào chất bán dẫn titanium dioxide được phủ thuốc nhuộm gốc rutheni, đánh bật các electron trong thuốc nhuộm, sinh ra dòng điện.

Chu kỳ bán rã của quá trình phân rã carbon-14 mất khoảng 5.730 năm, nghĩa là về mặt lý thuyết, pin vẫn có thể duy trì 50% công suất ban đầu sau gần sáu thiên niên kỷ. Tuy nhiên, trong thế giới thực, sản lượng điện thực tế sẽ giảm nhanh hơn nhiều do vật liệu bị phân hủy trong khung thời gian này.

Mẫu pin có mật độ công suất là 20,75 nanowatt/cm2/milicurie với hiệu suất 2,86%. Mẫu pin cỡ bằng viên thuốc aspirin sản xuất khoảng 0,4% năng lượng cần cho máy tính bỏ túi cơ bản hoạt động. Như vậy, bạn sẽ cần khoảng 240 viên pin hạt nhân nhỏ cỡ này để bắt đầu khóa học ôn lại bảng cửu chương.

Mặc dù vậy, mẫu pin hạt nhân mới sản xuất đủ năng lượng để chạy các thiết bị y tế như máy tạo nhịp tim hoặc cảm biến môi trường từ xa để ghi dữ liệu. Ngoài ra, pin cũng có thể cấp điện cho thẻ RFID hoặc vi mạch, hay tụ điện sạc nhỏ giọt. Rất nhiều công nghệ tiêu thụ điện năng cực thấp phù hợp với loại pin này.

Dù nhiều người vẫn lo ngại về bức xạ hạt nhân, nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng thiết kế pin hạt nhân mới thực sự khá an toàn. Các hạt beta phát ra từ cacbon-14 đã có trong hầu hết mọi thứ, kể cả trong cơ thể con người. Việc che chắn cho loại pin này khá dễ dàng, ngay cả giấy cũng có thể ngăn chặn các hạt beta cacbon-14 phát tán. Pin hạt nhân thể rắn và không chứa vật liệu dễ cháy, sẽ an toàn hơn pin lithium-ion dễ bị mất kiểm soát nhiệt, rò rỉ và phát nổ.

Pin đồng vị phóng xạ đầu tiên được Ủy ban Năng lượng nguyên tử Hoa Kỳ phát triển vào năm 1954. Pin này sử dụng stronti-90 làm nguồn phóng xạ và chuyển đổi năng lượng từ các hạt beta thành điện, tương tự như pin betavoltaic ngày nay.

Sau đó, vào những năm 1960, máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG) đã được sử dụng trong các sứ mệnh không gian để chuyển đổi năng lượng từ các đồng vị phát ra alpha như plutoni-238, mạnh hơn nhưng vẫn tương đối an toàn khi được che chắn đúng cách.

Gần đây, công ty Betavolt ở Trung Quốc đã công bố pin hạt nhân kim cương 3volt sử dụng niken-63 và chất bán dẫn kim cương sử dụng nguyên lý hạt beta tương tự có thể cung cấp năng lượng cho thiết bị trong 50 năm. Ngoài ra, công ty Arkenlight ở Anh đã phát triển kim cương carbon-14 để sản xuất năng lượng cho pin nguyên tử trong nhiều năm.

Mặc dù công nghệ pin hạt nhân không hoàn toàn mới, nhưng những đột phá gần đây về vật liệu, hiệu quả và tính an toàn bắt đầu mở đường cho các ứng dụng thực tế hàng ngày mà không cần lò phản ứng.

Nguồn: NASATI