Khám phá pin hạt nhân có tuổi thọ nghìn năm Trung Quốc mới công bố

[Romano]

Gần đây, Trung Quốc chính thức công bố: một nhóm nghiên cứu khoa học đã phát triển thành công “Zhulong-1”, pin hạt nhân carbon C-14 đầu tiên trên thế giới dựa trên vật liệu bán dẫn silicon carbide.

Tuổi thọ nghìn năm, chu kỳ bán rã hơn 5.700 năm
Ngày 9/3, một cuộc họp báo đã được tổ chức tại thành phố Giang Âm, tỉnh Giang Tô. Ngày hôm đó, ngành năng lượng đã chào đón một sự kiện lớn. Pin hạt nhân "Zhulong-1" (Chúc Long-1) đã được công bố. Nó có thể tích cực kỳ nhỏ, chỉ bằng kích thước của một móng tay, nhưng có ưu điểm về mặt lý thuyết là tuổi thọ lên tới 1.000 năm. Mật độ năng lượng của nó gấp 50 lần so với pin lithium, thu hút sự chú ý của thế giới.

Bước đột phá này đánh dấu Trung Quốc đã vươn lên từ một nước đi sau trở thành nước dẫn đầu trong công nghệ thu nhỏ năng lượng hạt nhân. Carbon-14, thành phần chính của "Zhulong-1", đã gây ra khó khăn đáng kể cho các nhà máy điện hạt nhân. Vật chất này là một đồng vị phóng xạ.

Các nhà nghiên cứu khoa học Trung Quốc đã khéo léo biến nó thành nguồn tài nguyên có giá trị. Thông thường, plutonium Pu-238 được sử dụng trong pin hạt nhân rất đắt, với giá 8.000 USD/ một gram.

Tuy nhiên, bằng cách chiết xuất carbon C-14 tinh khiết từ chất thải hạt nhân, “Zhulong-1” đã giảm hiệu quả chi phí nguyên liệu thô xuống chỉ còn một phần hai mươi so với plutonium-238. Nhóm nghiên cứu và phát triển đã sử dụng công nghệ bán dẫn kim cương để chế tạo thành công "lồng nguyên tử".

Thiết bị này không chỉ thu giữ các electron giải phóng từ quá trình phân rã beta để tạo ra dòng điện mà còn đảm bảo lượng bức xạ không vượt quá lượng mà một người sẽ phải chịu nếu anh ta 10 lần đi máy bay trong một năm.

Số liệu thực nghiệm cho thấy mật độ năng lượng của "Zhulong-1" cao tới 2.200 miliwatt giờ trên một gram, cao hơn 50 lần các loại pin lithium hàng đầu. Một loại pin nhỏ như vậy, với dung lượng chỉ bằng một hạt gạo, có thể đảm bảo các cảm biến IoT hoạt động ổn định trong hàng trăm năm.

Loại pin này có thể hoạt động bình thường trong môi trường cực lạnh và nhiệt độ cao từ -100℃ đến 200℃, giải quyết thành công vấn đề mất điện có thể xảy ra ở các trạm nghiên cứu Nam Cực và xe tự hành trên sao Hỏa trong môi trường nhiệt độ thấp.Sau các thí nghiệm cho lão hóa nhanh cho thấy, ngay cả sau 300 năm sử dụng liên tục, công suất của pin chỉ giảm 8%. Tạp chí Nature đánh giá cao về điều này, cho rằng Trung Quốc đã đưa thành công cuộc cách mạng năng lượng cấp độ nguyên tử vào công nghệ chip.

Do các nhà khoa học Đại học sư phạm Tây Bắc và Công ty TNHH công nghệ y khoa Beta Vô Tích phối hợp nghiên cứu phát triển, "Zhulong-1" sử dụng đồng vị carbon C-14 làm nguồn năng lượng cốt lõi, chu kỳ bán rã của nó lên tới 5.730 năm. Trong các thử nghiệm thực tế tại Phòng thực nghiệm Y khoa Beta ở Vô Tích, bộ đèn LED được kết nối pin này đã hoạt động ổn định trong suốt 4 tháng, hoàn thành tổng cộng hơn 35.000 lần nhấp nháy xung. Điều này là do “Zhulong-1” đã đạt được hiệu suất chuyển đổi năng lượng đáng kinh ngạc là 8%.

Thông thường, tỷ lệ chuyển đổi của pin hạt nhân truyền thống khó có thể vượt quá 2%, nhưng "Zhulong-1" sử dụng công nghệ bán dẫn silicon carbide đã thành công trong việc tăng dòng điện đoản mạch lên 282nA, trong khi điện áp mạch hở cũng đạt 2,1V.

Mở ra kỷ nguyên mới của pin vĩnh cửu
Thiết kế an toàn của "Zhulong-1" khiến người ta kinh ngạc. "Lớp vỏ kim cương" của nó được làm từ nhiều lớp silicon carbide, có thể giảm nguy cơ rò rỉ phóng xạ của pin xuống một phần tỷ ở nhiệt độ cao 1.500°C hoặc áp suất cao 50MPa dưới biển sâu.

Liều lượng bức xạ thực tế đo được chỉ là 0,1μSv/h, thậm chí còn thấp hơn bức xạ nền tự nhiên. Thành tựu này đã phá vỡ sự nghi ngờ vốn có của mọi người đối với năng lượng hạt nhân.

Trong ngành y tế, máy tạo nhịp tim thông thường thường phải phẫu thuật mở ngực để thay pin sau mỗi 5-10 năm. Tuy nhiên, "Zhulong-1" cho phép một người đàn ông 90 tuổi và cháu trai của ông chia sẻ một "trái tim năng lượng", đồng thời cung cấp nguồn điện ổn định cho công nghệ giao diện não-máy tính.

Mỗi năm, khoảng 1,2 triệu thiết bị y tế cấy ghép trên toàn thế giới sẽ không còn phải lo lắng về vấn đề pin. Trong lĩnh vực hàng không vũ trụ, khả năng hoạt động trong hàng nghìn năm của "Zhulong-1" đã phá vỡ quy ước về thám hiểm không gian sâu và mang lại lợi thế đáng kể cho các căn cứ trên sao Hỏa trong tương lai và các cụm vệ tinh nhỏ trên quỹ đạo Trái Đất tầm thấp.Sau 14 năm nỗ lực không ngừng, các nhà nghiên cứu khoa học Trung Quốc cuối cùng đã đạt được kết quả này. Họ không chỉ xây dựng được chuỗi công nghiệp hoàn chỉnh mà còn chủ động trong việc thiết lập các tiêu chuẩn. Sự đổi mới này không chỉ có ý nghĩa to lớn về mặt công nghệ mà còn biến rác thải thành nguồn tài nguyên có giá trị, giúp đạt được mục tiêu “carbon kép”.

Ngoài ra, dự án "Zhulong-2" cũng đã được khởi động, sự ra đời của loại pin hạt nhân thực dụng mới sẽ đưa điện tử tiêu dùng hướng tới kỷ nguyên vĩnh cửu mới.

Với hiệu suất vượt trội, pin hạt nhân “Zhulong” thúc đẩy sự phát triển năng lượng của con người và được truyền thông nước ngoài ca ngợi là "sáng kiến ​​mang tính đột phá", hiện đã trở thành chủ đề tìm kiếm nóng.