Một nghiên cứu mới cho thấy các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại pin có thể chuyển đổi năng lượng hạt nhân thành điện thông qua quá trình phát xạ ánh sáng.
a.) Pin điện hạt nhân trong đó nguồn phóng xạ đến từ bức xạ xung quanh; b.) Pin quang điện hạt nhân thu bức xạ bên ngoài bằng chất phát quang. Tín dụng: Vật liệu quang học: X (2025). DOI: 10.1016/j.omx.2025.100401
Các nhà máy điện hạt nhân, tạo ra khoảng 20% tổng lượng điện được sản xuất tại Hoa Kỳ, hầu như không thải ra khí nhà kính. Tuy nhiên, các hệ thống này tạo ra chất thải phóng xạ, có thể gây nguy hiểm cho sức khỏe con người và môi trường. Việc xử lý an toàn chất thải này có thể là một thách thức.
Nhóm nghiên cứu do các nhà nghiên cứu từ Đại học bang Ohio dẫn đầu đã chứng minh rằng bức xạ gamma xung quanh có thể được thu thập để tạo ra công suất điện đủ mạnh phục vụ cho các thiết bị vi điện tử, như vi mạch.
Để thử nghiệm loại pin này, vốn là một nguyên mẫu có kích thước nhỏ khoảng 4 cm khối, các nhà nghiên cứu đã sử dụng hai nguồn phóng xạ khác nhau, cesium-137 và coban-60, một số sản phẩm phân hạch quan trọng nhất có nguồn gốc từ nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng. Pin đã được thử nghiệm tại Phòng thí nghiệm lò phản ứng hạt nhân của Đại học bang Ohio. NRL hỗ trợ nghiên cứu của sinh viên và giảng viên, giáo dục sinh viên và dịch vụ cho ngành công nghiệp—nó không sản xuất điện.
Kết quả của họ cho thấy khi sử dụng cesium-137, pin tạo ra 288 nanowatt. Tuy nhiên, với đồng vị coban-60 mạnh hơn nhiều, pin tạo ra 1,5 microwatt điện, đủ để bật một cảm biến nhỏ.
Mặc dù hầu hết công suất đầu ra cho hộ gia đình và thiết bị điện tử được đo bằng kilowatt, điều này cho thấy rằng với nguồn điện phù hợp, các thiết bị như vậy có thể được mở rộng quy mô để nhắm tới các ứng dụng ở mức watt hoặc cao hơn, Raymond Cao, tác giả chính của nghiên cứu và là giáo sư về kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ tại Đại học Ohio cho biết.
Nghiên cứu này vừa được công bố trên tạp chí Optical Materials: X.
Các nhà nghiên cứu cho biết những loại pin này sẽ được sử dụng gần nơi sản xuất chất thải hạt nhân, chẳng hạn như trong các bể chứa chất thải hạt nhân hoặc hệ thống hạt nhân để thám hiểm không gian và biển sâu—chúng không được thiết kế để sử dụng công cộng. May mắn thay, mặc dù bức xạ gamma được sử dụng trong công trình này có khả năng xuyên thấu cao hơn khoảng một trăm lần so với chụp X-quang hoặc chụp CT thông thường, nhưng bản thân pin không chứa vật liệu phóng xạ, nghĩa là vẫn an toàn khi chạm vào.
"Chúng tôi đang thu thập thứ được coi là rác thải và theo bản chất, cố gắng biến nó thành kho báu", Cao, người cũng là giám đốc Phòng thí nghiệm lò phản ứng hạt nhân của Đại học bang Ohio, cho biết.
Theo nghiên cứu, pin của nhóm cũng có thể đã tăng công suất do thành phần của tinh thể phát quang nguyên mẫu mà nhóm đã chọn sử dụng. Họ phát hiện ra rằng ngay cả hình dạng và kích thước của tinh thể cũng có thể ảnh hưởng đến sản lượng điện cuối cùng, vì thể tích lớn hơn cho phép nó hấp thụ nhiều bức xạ hơn và chuyển đổi năng lượng dư thừa đó thành nhiều ánh sáng hơn. Diện tích bề mặt lớn hơn cũng giúp pin mặt trời tạo ra điện.
"Đây là những kết quả đột phá về mặt sản lượng điện", Ibrahim Oksuz, đồng tác giả của nghiên cứu và là cộng sự nghiên cứu về kỹ thuật cơ khí và hàng không vũ trụ tại Đại học Ohio cho biết. "Quy trình hai bước này vẫn đang trong giai đoạn sơ bộ, nhưng bước tiếp theo liên quan đến việc tạo ra công suất lớn hơn với các cấu trúc mở rộng quy mô".
Vì loại pin này rất có thể sẽ nằm trong môi trường có mức bức xạ cao và không dễ tiếp cận với công chúng, nên những thiết bị bền lâu này sẽ không gây ô nhiễm môi trường xung quanh. Quan trọng hơn nữa, chúng cũng có thể hoạt động mà không cần bảo dưỡng định kỳ.
Cao cho biết việc mở rộng công nghệ này sẽ tốn kém trừ khi những loại pin này có thể được sản xuất một cách đáng tin cậy. Oksuz cho biết cần phải nghiên cứu thêm để đánh giá tính hữu ích và hạn chế của pin, bao gồm thời gian sử dụng của chúng sau khi được triển khai an toàn.
"Khái niệm pin hạt nhân rất hứa hẹn", ông nói. "Vẫn còn nhiều chỗ để cải thiện, nhưng tôi tin rằng trong tương lai, cách tiếp cận này sẽ tạo ra một không gian quan trọng cho chính nó trong cả ngành sản xuất năng lượng và cảm biến".
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
