Pin từ chất thải hạt nhân: Không cần sạc trong hàng chục năm

Năng lượng hạt nhân hiện chiếm khoảng 10% tổng sản lượng điện toàn cầu. Tuy nhiên, một trong những thách thức lớn nhất của công nghệ này chính là xử lý chất thải phóng xạ. Thay vì lưu trữ nhiên liệu đã qua sử dụng trong các hầm chứa dưới lòng đất, các nhà nghiên cứu tại Đại học Ohio State (OSU) tin rằng có một cách tối ưu hơn: biến chất thải hạt nhân thành pin có thể hoạt động liên tục mà không cần sạc lại.

Thông thường, các sản phẩm phụ của phản ứng hạt nhân sẽ bị bỏ đi, nhưng các nhà khoa học đã phát hiện ra cách chuyển hóa chúng thành điện năng. Phương pháp này dựa trên tinh thể phát quang (scintillator crystals) – một loại vật liệu có khả năng hấp thụ tia gamma từ chất phóng xạ và phát ra ánh sáng. Khi kết hợp với pin mặt trời, hệ thống này sẽ thu lại ánh sáng đó và biến nó thành điện năng sử dụng được.

Khác với pin thông thường vốn cần sạc lại hoặc thay thế sau một thời gian sử dụng, loại pin này sẽ tiếp tục tạo ra năng lượng miễn là nguyên liệu phóng xạ bên trong còn hoạt động. Điều này đồng nghĩa với việc, trong một số trường hợp, nó có thể cung cấp năng lượng liên tục trong nhiều thập kỷ mà không cần bảo trì.

Hiện tại, hệ thống này chỉ có thể tạo ra công suất ở mức microwatt – đủ để cung cấp năng lượng cho các thiết bị tiêu thụ điện năng thấp như cảm biến vi mô hoặc thiết bị giám sát phóng xạ. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm hai nguyên tố phóng xạ là Cesium-137 và Cobalt-60.

Cesium-137, một sản phẩm phụ phổ biến trong phản ứng phân hạch, tạo ra 288 nanowatt điện, trong khi Cobalt-60 – được sử dụng trong xạ trị y tế – tạo ra công suất 1,5 microwatt. Đây là một bước tiến đáng kể, cho thấy tiềm năng lớn của công nghệ này.

Mặc dù lượng điện tạo ra vẫn còn thấp, các nhà nghiên cứu tin rằng việc mở rộng quy mô bằng cách sử dụng tinh thể phát quang lớn hơn có thể giúp tăng sản lượng điện lên mức watt và hơn thế nữa. Nếu thành công, pin làm từ chất thải hạt nhân có thể trở thành nguồn năng lượng đáng tin cậy cho nhiều ứng dụng thực tiễn.

Một viên pin có thể hoạt động suốt hàng chục năm mà không cần bảo trì mang lại lợi ích to lớn, đặc biệt là trong những môi trường mà việc thay thế nguồn năng lượng là vô cùng khó khăn. Ví dụ, công nghệ này có thể được sử dụng để cung cấp năng lượng cho các sứ mệnh khám phá vũ trụ sâu, nơi yêu cầu nguồn năng lượng bền vững trong thời gian dài.

Bên cạnh đó, pin làm từ chất thải hạt nhân cũng có thể được ứng dụng trong các thiết bị thám hiểm đại dương, nơi việc thay thế hoặc sạc lại pin gần như bất khả thi. Ngoài ra, công nghệ này còn có tiềm năng sử dụng trong các thiết bị đặt tại những môi trường khắc nghiệt, nơi các nguồn điện truyền thống không thể hoạt động hiệu quả.