Các nhà nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Tây Bắc ở Cam Túc, Trung Quốc, đã tạo ra pin hạt nhân đầu tiên, làm từ carbon phóng xạ có thể dùng được 100 năm. Pin có thể được dùng để cung cấp năng lượng cho các thiết bị ở những nơi xa xôi, từ biển sâu đến không gian vũ trụ.

Khi thế giới đang tìm cách chuyển sang các nguồn năng lượng sạch hơn, các nhà khoa học đã và đang nghiên cứu các giải pháp sáng tạo nhằm đáp ứng nhu cầu năng lượng mà không làm nóng hành tinh. Năng lượng gió và mặt trời đạt được thành công về mặt thương mại, nhưng việc tạo ra năng lượng không liên tục, khiến nó không đáng tin cậy ở những nơi xa xôi.

Trong khi đó, pin hạt nhân sử dụng bản chất phóng xạ của các đồng vị để tạo ra điện. Vì chu kỳ bán rã của vật liệu phóng xạ thường kéo dài đến hàng trăm năm nên pin hạt nhân có thể là nguồn năng lượng đáng tin cậy trong thời gian dài hơn.

Các nhà khoa học tại Đại học Sư phạm Tây Bắc đã chế tạo pin hạt nhân đầu tiên của Trung Quốc bằng carbon-14, một đồng vị carbon được sử dụng rộng rãi nhưng cũng hiếm, thường được gọi là carbon phóng xạ.

Carbon tồn tại ở ba đồng vị trong tự nhiên. Carbon-12 là đồng vị phổ biến nhất, chiếm 99,8% tổng số carbon được tìm thấy trên hành tinh. Carbon-13 chiếm khoảng 1% carbon, trong khi carbon-14 rất hiếm đến mức nó chỉ xuất hiện một lần trong một tỉ nguyên tử carbon.

Sự phân rã phóng xạ của carbon-14 rất yếu, có chu kỳ bán rã là 5.730 năm. Các nhà nghiên cứu chế tạo một đồng hồ hạt nhân dùng chất bán dẫn hợp chất làm từ silicon và carbon, tạo ra công suất đầu ra là 433 nanowatt. Nhóm nghiên cứu chạy một đèn LED được cung cấp năng lượng bằng pin này trong hơn bốn tháng, phát ra hơn 35.000 xung.

Các nhà nghiên cứu tin tưởng rằng loại pin này có thể cung cấp năng lượng lâu dài cho các thiết bị cấy ghép như máy tạo nhịp tim hoặc giao diện não-máy tính.

Hiệu suất của pin vẫn được duy trì ngay cả ở nhiệt độ khắc nghiệt, từ -148 độ F (-100 độ C) đến 392 độ F (200 độ C). Các nhà nghiên cứu đề xuất triển khai các thiết bị điện ở những địa điểm xa xôi và ngoài không gian.

Trung Quốc thực sự đã tạo nên lịch sử khi chế tạo ra pin hạt nhân đầu tiên của mình. Tuy nhiên, đây không chỉ là cột mốc cho những gì nước này có thể đạt được trong nghiên cứu y học hoặc không gian trong tương lai. Thay vào đó, điều này cho thấy sự thay đổi lớn về năng lực của Trung Quốc ở cấp độ chuyên sâu hơn.

Các nhà nghiên cứu lấy carbon-14 để chế tạo chiếc đồng hồ này từ Beita Pharmatech, công ty có trụ sở tại Trung Quốc chuyên phát triển các hợp chất liên quan đến carbon-14. Trước đây, Trung Quốc dựa vào nguồn nhập khẩu carbon-14 từ Canada, Nam Phi, Nga, Australia nhưng hiện đang xây dựng năng lực nội địa để lấy đồng vị hiếm này.

Năm 2024, Trung Quốc bắt đầu sản xuất carbon-14 trong một lò phản ứng hạt nhân thương mại ở Chiết Giang. Các nhà nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Tây Bắc cũng đang có kế hoạch phát triển thiết bị phát hiện đồng vị carbon-13 tự động cùng với máy tách điện từ nhằm hỗ trợ thiết lập hệ thống sản xuất carbon-14 công nghiệp.