Pin kim cương tuổi thọ hơn 5.000 năm dùng chất thải hạt nhân

Những viên kim cương nhân tạo phát điện bằng chất thải hạt nhân hứa hẹn cung cấp nguồn năng lượng ổn định trong thời gian lên đến hàng nghìn năm.

Pin kim cương vừa cung cấp nguồn năng lượng dài hạn vừa giúp giải quyết vấn đề xử lý chất thải hạt nhân. Ảnh minh họa: Mining.com.

Các nhà khoa học tìm ra cách biến chất thải hạt nhân thành một nguồn năng lượng thông qua chuyển đồng vị phóng xạ thành kim cương nhân tạo có thể sử dụng như pin vĩnh cửu, Science Alert đã đưa tin. Những viên kim cương này có thể sản sinh dòng điện, cung cấp năng lượng trong hàng nghìn năm, nhờ thành phần cấu tạo có chu kỳ bán rã kéo dài.

"Nguồn phát điện trực tiếp này không bao gồm các bộ phận chuyển động, không thải khí, không cần bảo dưỡng", nhà địa hóa học Tom Scott ở Đại học Bristol, Anh, cho biết. "Bằng cách bọc kín chất phóng xạ bên trong những viên kim cương, chúng tôi giải quyết vấn đề dài hạn, chuyển chất thải hạt nhân thành pin năng lượng hạt nhân và nguồn cung cấp năng lượng sạch".

Nhóm của Scott phát triển pin kim cương thử nghiệm sử dụng đồng vị không ổn định của nickel (nickel-63). Nickel-63 có chu kỳ bán rã xấp xỉ 100 năm, cho phép thiết bị pin thử nghiệm duy trì khoảng một nửa lượng điện trong 100 năm. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đang hướng đến loại nguyên liệu có thời gian sử dụng lâu hơn là đồng vị carbon-14.

Thế hệ lò phản ứng hạt nhân Magnox đầu tiên tại Anh, được đưa vào vận hành trong khoảng thời gian từ những năm 1950 đến 1970, sử dụng những khối than chì lớn để duy trì phản ứng hạt nhân. Trong quá trình sử dụng, những khối than chì dần trở nên nhiễm xạ, tạo ra đồng vị carbon không ổn định là carbon-14.

Lò phản ứng Magnox cuối cùng đóng cửa vào năm 2015. Sau nhiều thập kỷ hoạt động, nó để lại một lượng rác thải hạt nhân khổng lồ. Hiện nay, 95.000 tấn than chì đang được bảo quản an toàn và giám sát chặt chẽ, vẫn còn độ phóng xạ mạnh. Thời gian để chúng phân rã hết rất lâu vì carbon-14 có chu kỳ bán rã là 5.730 năm. Với công nghệ nhóm của Scott đề xuất, những viên pin carbon-14 có tiềm năng to lớn.

"Đồng vị carbon-14 được chọn làm vật liệu phóng xạ bởi chúng phát xạ ngắn, dễ hấp thụ bởi vật chất rắn", nhà nghiên cứu Neil Fox thuộc dự án nói. "Thông thường, việc nuốt vào hoặc chạm tay không vào những đồng vị này rất nguy hiểm nhưng khi chúng được lưu giữ an toàn trong lớp kim cương, không có bức xạ ngắn nào thoát ra. Kim cương là vật liệu cứng nhất được biết tới, và ta có thể sử dụng tính chất ấy để bảo vệ con người".

Công nghệ mới được nhóm nghiên cứu chia sẻ trong bài giảng "Những ý tưởng thay đổi thế giới" diễn ra tại Đại học Bristol tuần trước, nhưng họ chưa công bố chi tiết phát minh.

"Thông thường, một viên pin AA nặng 20 g sẽ có năng lượng lưu trữ khoảng 700 Joule/g. Nếu hoạt động liên tục, nó sẽ hết trong vòng 34 giờ", nhà nghiên cứu Scott cho biết. "Một viên pin kim cương thử nghiệm chứa một gram đồng vị carbon-14 cung cấp 15 Joule/ngày, liên tục trong vòng 5.730 năm. Như vậy, tổng năng lượng thu được lên tới 2,7 tera Joule".

Pin kim cương cấu tạo từ nguyên liệu phóng xạ có thể dùng cho những thiết bị điện tử không yêu cầu mức điện lớn nhưng cần nguồn năng lượng liên tục như máy điều hòa nhịp tim, vệ tinh, máy bay không người lái hay thậm chí tàu vũ trụ.

Theo VNE