Theo một bài báo được công bố trên tạp chí Nature, các nhà nghiên cứu của Đại học Tô Châu đang tìm cách khai thác các tia alpha được giải phóng bởi quá trình phân rã của các đồng vị phóng xạ. Ở lĩnh vực này, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào bức xạ beta.
Nhu cầu ngày càng tăng đối với các giải pháp năng lượng sạch và các nguồn điện thay thế nhỏ, lâu dài đang thúc đẩy hoạt động nghiên cứu về pin hạt nhân.
Hiện tại, đồng vị phóng xạ alpha được coi là “ứng cử viên” sáng giá nhất cho pin vi hạt nhân, do năng lượng phân rã của đồng vị phóng xạ alpha cao, từ 4-6 mega electron volt (MeV). Năng lượng từ tia alpha có tiềm năng vượt xa các thiết bị khai thác đồng vị phóng xa beta, có năng lượng phân rã đạt tới vài chục kiloelectron volt (keV) ở mức cao nhất.
Tuy nhiên, với khả năng thâm nhập quá ngắn vào các chất rắn, các hạt alpha lại mất đi lượng lớn năng lượng thông qua hiệu ứng tự hấp thụ.
Wang Shuao, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết: “Quá trình tự hấp thụ này làm giảm công suất đầu ra thực tế của các pin vi hạt nhân đồng vị phóng xạ alpha, xuống mức thấp hơn nhiều so với lý thuyết.”
Wang là nhà khoa học đã đạt được những thành tựu lớn trong dự án xử lý chất thải hạt nhân và nước thải, cùng với đó là dự án nghiên cứu cách thức ứng phó khẩn cấp với các vụ tai nạn. Ông đã dành nhiều năm tập trung vào các nhu cầu chiến lược của Trung Quốc trong phát triển hạt nhân bền vững và an toàn.
Hiện tại, hợp tác cùng nhóm các nhà nghiên cứu từ Viện Công nghệ Hạt nhân Tây Bắc và Đại học Tương Đàm, Wang đã thiết kế một loại pin hạt nhân có lớp tích hợp, hoạt động như một tấm pin mặt trời để tối ưu quá trình sử dụng bức xạ alpha.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kết hợp “bộ chuyển đổi năng lượng tích hợp”. Đây là một lớp polyme bao quanh các đồng vị có khả năng truyền năng lượng được giải phóng trong quá trình bức xạ. Tia alpha sau đó được chuyển đổi thành ánh sáng, sau đó là điện, giống như một tấm pin quang điện hoá.
Theo bài báo, các thí nghiệm tiếp theo thu được kết quả với công suất phát quang là 11,88 nanowatt, với hiệu suất chuyển đổi năng lượng từ quá trình phân rã trở thành ánh sáng đạt mức ấn tượng là 3,43%.
Các nhà nghiên cứu cho biết, thiết bị của họ - loại pin hạt nhân quang điện, chuyển đổi phóng xạ thành năng lượng điện, có tuổi thọ cực kỳ dài và không bị ảnh hưởng bởi sự biến đổi của nhiệt độ. Pin thử nghiệm này có tổng hiệu suất chuyển đổi năng lượng là 0,889% và tạo ra 139 microwatt/1 curie.
Theo đó, các nhà nghiên cứu trình bày rằng kết quả này đã được xác thực một cách nghiêm ngặt thông qua các thử nghiệm và cho thấy hiệu suất chuyển đổi năng lượng tăng gấp 8.000 lần so với cấu trúc pin thông thường.
Ngoài ra, bộ chuyển đổi năng lượng cũng hoạt động cực kỳ ổn định. Các thông số hiệu suất gần như không thay đổi trong hơn 200 giờ hoạt động liên tục. Bài báo cho hay, vì chu kỳ bán rã của đồng vị phóng xạ Am-243 được dùng trong dự án kéo dài trong nhiều thế kỷ, nên pin có thể có tuổi thọ tương đương.
Tờ Science and Technology Daily của Trung Quốc cũng đăng tải bài viết về nghiên cứu này và cho biết bước đột phá không chỉ giải quyết nhu cầu chiến lược về an toàn hạt nhân và phát triển hạt nhân bền vững, mà còn đưa ra cách tiếp cận mới với việc sử dụng tài nguyên chất thải hạt nhân.
Tham khảo SCMP
