Sử dụng kim cương để chế tạo pin hạt nhân

Dân trí

Công nghệ mới sử dụng chất thải hạt nhân để sản xuất điện trong pin năng lượng hạt nhân. Một nhóm các nhà vật lý và nhà hóa học tại Trường Đại học Bristol đã chế tạo được kim cương nhân tạo, có thể sản sinh dòng điện nhỏ khi đặt trong trường phóng xạ. Bước phát triển này có khả năng giải quyết một số vấn đề về chất thải hạt nhân, phát điện sạch và tuổi thọ pin.

Sử dụng kim cương để chế tạo pin hạt nhân - 1

Không giống phần lớn các công nghệ sản xuất điện, sử dụng năng lượng để di chuyển nam châm qua một cuộn dây để sinh ra dòng điện, kim cương nhân tạo sản xuất điện mà chỉ cần đặt gần nguồn phóng xạ.

GS. Tom Scott, chuyên ngành vật liệu tại Trung tâm Phân tích giao diện thuộc Trường Đại học Bristol cho rằng: "Kim cương nhân tạo không cần đến các chi tiết động, không sinh ra khí thải và không cần bảo dưỡng, mà phát điện trực tiếp. Bằng cách bao gói vật liệu phóng xạ trong kim cương, chúng tôi đã biến đổi chất thải phóng xạ thành pin hạt nhân và nguồn cung cấp năng lượng sạch lâu dài”.

Nhóm nghiên cứu đã chứng minh mẫu “pin kim cương” sử dụng Niken-63 làm nguồn bức xạ. Tuy nhiên, các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu để tăng mạnh hiệu suất của pin bằng cách sử dụng cacbon -14, một phiên bản của cacbon phóng xạ, được tạo ra trong các khối than chì dùng để điều tiết phản ứng tại các nhà máy điện hạt nhân. Cacbon-14 phóng xạ cô đặc trên bề mặt của các khối than chì, làm cho quy trình có thể loại bỏ phần lớn vật liệu phóng xạ. Sau đó, cacbon-14 chiết tách được kết hợp với kim cương để sản xuất pin năng lượng hạt nhân.

Vương quốc Anh hiện đang lưu giữ gần 95.000 tấn khối than chì. Nhờ có phương pháp chiết xuất cacbon-14, tính phóng xạ của các khối than chì giảm. Ngoài ra, chi phí và thách thức của việc tích trữ loại chất thải hạt nhân cũng giảm.

TS. Neil Fox, một trong các tác giả nghiên cứu giải thích: "Cacbon-14 được lựa chọn như một nguồn nguyên liệu vì nó phát ra bức xạ ngắn, có thể được hấp thụ nhanh bởi bất kỳ vật liệu rắn nào. Vì thế, cacbon-14 trở nên nguy hiểm khi ai đó không may nuốt phải hoặc tiếp xúc với da trần, nhưng lại được lưu giữ an toàn trong kim cương và bức xạ ngắn cũng không thoát ra được. Trên thực tế, kim cương là vật liệu cứng nhất mà con người biết đến, nghĩa là không có biện pháp bảo vệ nào tốt hơn".

Dù tiêu thụ ít năng lượng, nhưng so với các công nghệ pin hiện nay, tuổi thọ của pin kim cương có thể cách mạng hóa việc cung cấp năng lượng cho các thiết bị trong thời gian dài. Sử dụng cacbon-14, pin sẽ mất đến 5.730 năm để đạt 50% công suất, thời gian dài như lịch sử của nền văn minh nhân loại.

GS. Scott hy vọng pin kim cương sẽ được sử dụng trong các trường hợp việc sạc hoặc thay thế pin thông dụng không khả thi. Pin kim cương có thể được ứng dụng trong các thiết bị điện công suất thấp cần có một nguồn điện lâu dài như máy tạo nhịp tim, vệ tinh, máy bay không người lái tầm cao và thậm chí là tàu vũ trụ.

N.P.D-NASATI (Theo Phys)