Các nhà máy điện hạt nhân cung cấp khoảng 20% điện năng tại Hoa Kỳ, trong khi thải ra lượng khí nhà kính tối thiểu. Tuy nhiên, chúng cũng tạo ra chất thải phóng xạ, gây ra các rủi ro đáng kể cho sức khỏe và môi trường. Xử lý an toàn chất thải này là mối quan tâm chính của ngành.
Một tiến bộ đột phá trong công nghệ năng lượng khi các nhà nghiên cứu phát triển thành công loại pin có khả năng chuyển đổi chất thải hạt nhân thành điện. Pin hạt nhân mới phát triển này là giải pháp tiềm năng, xử lý sản phẩm phụ nguy hại thành nguồn năng lượng hữu ích.
Nhóm nghiên cứu do các chuyên gia từ Đại học bang Ohio, Hoa Kỳ dẫn đầu, thiết kế pin hạt nhân bằng cách kết hợp tinh thể phát quang - vật liệu chuyên dụng phát ra ánh sáng khi tiếp xúc với bức xạ - và pin mặt trời.
Thiết lập này cho phép thiết bị thu thập bức xạ gamma từ môi trường xung quanh, chuyển đổi thành điện, chứng minh một cách mới khai thác năng lượng từ chất thải phóng xạ. Nguyên mẫu kích thước chỉ 4 cm3, được thử nghiệm bằng hai đồng vị phóng xạ: cesium-137 và cobalt-60.
Các đồng vị này nằm trong số các sản phẩm phụ phổ biến nhất của nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng, khiến chúng trở nên lý tưởng cho các ứng dụng trong thực tế. Khi tiếp xúc với cesium-137, pin tạo ra 288 nanowatt điện.
Ngược lại, cobalt-60 là nguồn bức xạ mạnh hơn nhiều, tạo ra 1,5 microwatt điện, đủ để cung cấp năng lượng cho một cảm biến nhỏ.
Mặc dù công suất đầu ra hiện tại còn nhỏ so với các thiết bị điện tử gia dụng, nhưng các nhà nghiên cứu tin rằng việc mở rộng quy mô công nghệ, có thể cho phép ứng dụng này tăng lên ở mức watt.
Điều này có thể khiến pin hạt nhân đặc biệt hữu ích cho các môi trường chuyên biệt mà pin thông thường không khả thi, chẳng hạn như thám hiểm biển sâu, các sứ mệnh không gian và các địa điểm lưu trữ chất thải hạt nhân.
Điều quan trọng, mặc dù thiết bị sử dụng bức xạ gamma, có khả năng xuyên thấu mạnh hơn đáng kể so với tia X-quang hoặc chụp CT thông thường, nhưng bản thân pin không chứa vật liệu phóng xạ. Điều này làm cho pin an toàn khi sử dụng mặc dù nó có chức năng chuyển đổi năng lượng.
Khái niệm này xoay quanh việc khai thác bức xạ có trong môi trường chất thải hạt nhân thay vì đưa vật liệu nguy hiểm trực tiếp vào pin.
Bên cạnh đó, các nhà nghiên cứu nhận thấy rằng hiệu suất của pin có thể bị ảnh hưởng bởi loại, kích thước và hình dạng của tinh thể phát quang được sử dụng.
Thể tích tinh thể lớn hơn cho phép hấp thụ bức xạ tốt hơn, dẫn đến chuyển đổi năng lượng cao hơn. Ngoài ra, việc tối ưu hóa diện tích bề mặt của pin mặt trời có thể tăng cường hơn nữa việc tạo ra điện.
Mặc dù có kết quả khả quan, công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn đầu. Việc mở rộng sản xuất và đảm bảo hiệu quả về mặt chi phí sẽ là những thách thức quan trọng. Nghiên cứu sâu hơn sẽ tập trung vào cải thiện công suất đầu ra, xác định độ bền lâu dài của loại pin này trong môi trường bức xạ cao.
Nếu được phát triển thành công ở quy mô lớn, pin hạt nhân có thể cung cấp một cách mang tính đột phá, sử dụng chất thải phóng xạ để sản xuất năng lượng, giảm thiểu rủi ro cho môi trường, đồng thời cung cấp giải pháp năng lượng lâu dài cho các địa điểm xa xôi và khắc nghiệt.
