Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA) đang thử nghiệm một loại pin hạt nhân mới sử dụng đồng vị phóng xạ americium-241, có khả năng kéo dài tuổi thọ lên tới 433 năm – gấp nhiều lần so với các loại pin hạt nhân hiện tại.
Không gian vũ trụ dường như vô tận, trong khi nhiên liệu tên lửa lại có giới hạn. Để duy trì hoạt động cho tàu vũ trụ ở khoảng cách nhiều năm ánh sáng so với Trái Đất, NASA từ lâu đã dựa vào hệ thống nguồn điện đồng vị phóng xạ (RPS). Đây là công nghệ đã được sử dụng từ thập niên 1960 để cung cấp năng lượng cho nhiều sứ mệnh, trong đó có hai tàu Voyager, New Horizons, các robot thám hiểm Curiosity và Perseverance. Trong tương lai, máy bay Dragonfly, được thiết kế để khám phá các hồ methane trên mặt trăng Titan của Sao Thổ, cũng sẽ sử dụng nguồn năng lượng này.
Ảnh minh họa: Getty
Các pin hạt nhân RPS hoạt động nhờ sự phân rã tự nhiên của đồng vị phóng xạ, tạo ra nhiệt và chuyển đổi thành điện năng. Trong nhiều thập kỷ qua, NASA chủ yếu sử dụng plutonium-238 (plutonium oxide) với chu kỳ bán rã khoảng 88 năm. Tuy nhiên, hiện nay, americium-241 – có chu kỳ bán rã gần 433 năm – đang được xem xét để đưa vào các sứ mệnh vũ trụ mới, hứa hẹn giúp tàu vũ trụ hoạt động ổn định trong nhiều thế kỷ.
Để được chấp thuận đưa vào sử dụng, đồng vị phóng xạ phải đáp ứng tiêu chí khắt khe: không hoặc ít độc hại với cơ thể con người, không hòa tan để tránh hấp thụ, bền vững ở nhiệt độ cao và cần lượng rất nhỏ để tạo ra nguồn nhiệt lớn. Thông thường, nhiên liệu được chế tạo ở dạng gốm, giúp chúng vỡ thành các mảnh lớn khó hấp thụ nếu xảy ra sự cố.
Tháng 1/2025, Trung tâm Nghiên cứu Glenn của NASA (Mỹ) và Đại học Leicester (Anh) đã bắt đầu thử nghiệm americium-241. Đồng thời, các nhà khoa học cũng nghiên cứu phương pháp chuyển đổi năng lượng tối ưu bằng động cơ Stirling piston tự do – vốn đã chứng minh khả năng hoạt động ổn định tới 14 năm mà không cần bảo trì.
“Đây là cột mốc đặc biệt quan trọng. Trước đây, yêu cầu đặt ra cho các sứ mệnh vũ trụ xa xôi thường là 14 năm hoạt động. Với americium-241, con số này có thể kéo dài hàng trăm năm”, ông Wayne Wong, Trưởng Bộ phận Chuyển đổi nhiệt năng tại Glenn, cho biết.
Plutonium-238 từng bị ngừng sản xuất trong 30 năm trước khi NASA được cấp ngân sách khôi phục vào năm 2011. Hiện đồng vị này được sản xuất tại Oak Ridge, Idaho và một số phòng thí nghiệm khác của Mỹ. Trong khi đó, quy trình sản xuất americium-241 đang được cải tiến về độ an toàn và hiệu quả tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos.