Đột phá: Pin hạt nhân siêu nhỏ dùng carbon-14, tuổi thọ lên tới hàng nghìn năm

Pin hạt nhân thế hệ mới của Trung Quốc tăng mạnh hiệu suất, hoạt động tới hàng thiên niên kỷ. Ảnh: Công ty Công nghệ Chúc Long Cam Túc.

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Tây Bắc (Trung Quốc) phối hợp với Công ty Công nghệ Chúc Long Cam Túc đã phát triển thành công pin hạt nhân thế hệ mới mang tên Qianjiyuan Tianshu, sử dụng đồng vị carbon-14 kết hợp bộ chuyển đổi silicon carbide (SiC).

Theo Interesting Engineering, đây là bước tiến đáng chú ý so với mẫu pin Zhulong 1 được nhóm nghiên cứu giới thiệu năm 2024, đồng thời là sản phẩm được phát triển hoàn toàn bằng công nghệ trong nước.

Theo nhóm phát triển, Qianjiyuan Tianshu sử dụng vật liệu phóng xạ ở mức 22%, nhưng vẫn tăng công suất lên 2,6 lần so với thế hệ trước mà không làm thay đổi điện áp hoặc độ ổn định.

Ông Su Maogen - người chỉ đạo dự án tại Đại học Sư phạm Tây Bắc, cho biết các phiên bản trước có công suất thấp, khả năng tích hợp hạn chế và chi phí cao, vì vậy nhóm tập trung phát triển thiết bị nhỏ gọn, hiệu quả hơn và có giá thành hợp lý.

So với Zhulong 1, mẫu pin mới được nâng cấp ở 5 hạng mục chính, gồm nguồn phóng xạ tương thích hơn với vật liệu bán dẫn, thiết kế xếp chồng ba chiều nhằm tiết kiệm diện tích và cải thiện khả năng tích hợp, cùng hệ thống quản lý vi điện và cảm biến tích hợp giúp pin có thể tự cung cấp năng lượng. Bộ chuyển đổi silicon carbide do Trung Quốc sản xuất cũng góp phần nâng cao hiệu suất của thiết bị.

Pin có kích thước hơn 16,8 cm³, sử dụng 129 millicurie carbon-14, tạo ra dòng điện 0,713 microamper, điện áp 2,06 V và công suất tối đa 1,13 microwatt.

Khác với pin hạt nhân truyền thống vốn chuyển đổi nhiệt từ quá trình phân rã thành điện năng, Qianjiyuan Tianshu sử dụng các hạt beta phát ra trong quá trình phân rã để tạo dòng điện trực tiếp thông qua bộ bán dẫn silicon carbide.

Theo SCMP, dù thể tích pin giảm 17%, nhóm nghiên cứu đã nâng mật độ công suất thể tích lên khoảng 15 lần. Với chu kỳ bán rã của carbon-14 lên tới 5.730 năm, Qianjiyuan Tianshu có tuổi thọ kéo dài hàng nghìn năm. Nhờ khả năng hoạt động lâu dài, pin hạt nhân được đánh giá phù hợp cho các sứ mệnh không gian, cảm biến môi trường từ xa và thiết bị cấy ghép y tế.

Được biết, trước đó, NASA đã sử dụng pin hạt nhân trên tàu Voyager (1977) và robot tự hành Mars Curiosity (2012), trong khi Trung Quốc cũng trang bị loại pin này cho các tàu thám hiểm Mặt Trăng Hằng Nga 3 và Hằng Nga 4.

Vũ Đậu