Tái sử dụng chất thải hạt nhân chuyển hóa thành năng lượng cho pin

Các nhà nghiên cứu tại Hoa Kỳ đã sử dụng bức xạ gamma xung quanh phát ra từ chất thải hạt nhân để tạo ra đủ năng lượng để chạy các vi mạch. Loại năng lượng này hiện chỉ giới hạn ở các cảm biến nhỏ nhưng nhóm nghiên cứu tin rằng nó có thể được mở rộng quy mô.

"Chúng tôi đang thu thập thứ được coi là rác thải và cố gắng biến nó thành kho báu", kỹ sư hạt nhân Raymond Cao từ Đại học bang Ohio cho biết.

Khoảng 10% nhu cầu năng lượng của thế giới hiện đang được đáp ứng bằng năng lượng hạt nhân, một giải pháp thay thế cho nhiên liệu hóa thạch mà chúng ta vẫn thường dựa vào. Nếu các nhà khoa học có thể tận dụng chất thải đó, nó có thể trở thành một lựa chọn hoàn hảo.

Pin hạt nhân - thiết bị biến sự phân rã phóng xạ thành điện đã được nghiên cứu trong nhiều thập kỷ, nhưng công nghệ này vẫn chưa khả thi trên thực tế. Ở đây, năng lượng được tạo ra qua hai giai đoạn: Đầu tiên, tinh thể phát quang chuyển đổi bức xạ thành ánh sáng, sau đó các tế bào quang điện biến ánh sáng này thành điện. Pin nguyên mẫu có kích thước khoảng 4 cm khối (0,24 inch khối).

Khi thử nghiệm với hai nguồn phóng xạ là cesium-137 và coban-60, cả hai đều là sản phẩm thải phổ biến từ quá trình phân hạch hạt nhân-pin tạo ra lần lượt 288 nanowatt và 1,5 microwatt.

"Đây là kết quả đột phá về mặt công suất đầu ra. Quy trình hai bước này vẫn đang trong giai đoạn sơ bộ, nhưng bước tiếp theo liên quan đến việc tạo ra công suất lớn hơn với cấu trúc mở rộng quy mô”, Ibrahim Oksuz, một kỹ sư hàng không vũ trụ đến từ Đại học bang Ohio, cho biết.

Những loại pin này sẽ được sử dụng gần các cơ sở sản xuất chất thải hạt nhân, không phải nơi công cộng, nhưng có tiềm năng sử dụng cảm biến và màn hình đòi hỏi rất ít bảo trì.

Các nhà nghiên cứu cho biết, bản thân pin sẽ an toàn khi chạm vào và không gây ô nhiễm môi trường xung quanh, mặc dù vẫn còn nhiều câu hỏi chưa có lời giải về thời gian sử dụng của nguồn điện sau khi lắp đặt. 

Yêu cầu về độ cứng bức xạ đối với chất phát quang và tế bào quang điện đều đáng kể và nên là trọng tâm điều tra chính của các nhà nghiên cứu đang làm việc về chủ đề này. Có khả năng công nghệ này có thể được sử dụng ở những nơi khác có bức xạ gamma, chẳng hạn như ngoài không gian. Sẽ cần phải nâng cấp đáng kể cho nguyên mẫu này, nhưng các nhà nghiên cứu tin tưởng rằng ý tưởng cơ bản này sẽ hiệu quả.

Trong quá trình nghiên cứu, nhóm nghiên cứu cũng có những khám phá quan trọng về cách cấu hình của tinh thể và pin mặt trời có thể ảnh hưởng đến tỷ lệ chuyển đổi và sản lượng - những khám phá này có thể được đưa vào nghiên cứu trong tương lai.

Hà My (theo sciencealert)