Các nhà khoa học Trung Quốc vừa phát triển thành công pin hạt nhân mới sử dụng nguyên tố americium, có kích thước chỉ vài milimet và khả năng phát điện ổn định. Kể từ đầu thế kỷ 20, việc sử dụng nguyên tử phóng xạ để chế tạo pin có tuổi thọ cao và khả năng chống hư hỏng vượt trội đã là một mục tiêu lâu dài của giới nghiên cứu.

Tinh thể phát sáng chứa americium trong môi trường sáng (trên) và trong môi trường tối (dưới). Ảnh: Kai Li/New Scienctist

Mặc dù một số nguyên mẫu đã được chế tạo và sử dụng trong các sứ mệnh không gian, hiệu suất của chúng vẫn chưa đạt yêu cầu. Tuy nhiên, nghiên cứu mới được công bố trên tạp chí Nature vào ngày 18/9 bởi giáo sư Shuao Wang và nhóm cộng sự tại Đại học Đông Ngô (Trung Quốc) đã tăng hiệu suất pin hạt nhân lên tới 8.000 lần.

Trong nghiên cứu, nhóm khoa học đã sử dụng một lượng nhỏ americium, một chất thải hạt nhân, phát năng lượng dưới dạng hạt alpha. Để tối ưu hóa quá trình chuyển hóa, americium được đặt vào một tinh thể polymer, giúp biến đổi năng lượng thành ánh sáng xanh ổn định. Sau đó, họ kết hợp với tấm pin quang điện mỏng và đóng gói trong một lớp thạch anh kích thước milimet.

Giáo sư Wang cho biết, qua hơn 200 giờ thử nghiệm, pin đã cung cấp nguồn điện ổn định với hiệu suất cao chưa từng có. Dù chỉ cần một lượng nhỏ nguyên liệu phóng xạ, pin này có thể hoạt động trong nhiều thập kỷ, mặc dù một phần của nó sẽ dần bị phá hủy bởi phóng xạ.

Theo nhà nghiên cứu Michael Spencer từ Đại học Bang Morgan, Maryland, pin mới cải thiện đáng kể hiệu suất chuyển đổi và công suất đầu ra so với các thiết kế trước đó, tuy nhiên, lượng điện năng tạo ra vẫn thấp hơn nhiều so với các thiết bị truyền thống. Ví dụ, cần tới 40 tỷ viên pin này để thắp sáng một bóng đèn 60 watt.

Nhóm nghiên cứu đang tiếp tục tìm cách nâng cao hiệu suất và an toàn của loại pin này, với mong muốn áp dụng vào các cảm biến nhỏ trong những môi trường xa xôi hoặc khắc nghiệt như dưới biển sâu, trong không gian hoặc các trạm giám sát từ xa.