Phát triển thành công loại pin mới hoạt động bằng chất thải hạt nhân và ánh sáng

Các nhà khoa học thuộc Đại học Bang Ohio (Mỹ) vừa phát triển thành công một loại pin mới sử dụng bức xạ từ chất thải hạt nhân để tạo ra điện. Thiết bị này kết hợp tinh thể phát quang (scintillator crystals) với tế bào quang điện. Khi hấp thụ bức xạ, tinh thể phát ra ánh sáng, và tế bào quang điện chuyển hóa ánh sáng đó thành điện. Về bản chất, đây là một "pin quang điện hạt nhân chuyển đổi tia gamma thành điện năng", có tiềm năng cung cấp năng lượng cho các thiết bị nhỏ trong khu vực nhiều phóng xạ.

Pin có kích thước bằng một khối lập phương nhỏ, được thử nghiệm với hai vật liệu phóng xạ: cesium-137 và cobalt-60. Trong đó, cesium-137 (sản phẩm phụ của năng lượng hạt nhân) tạo ra 288 nanowatt, còn cobalt-60 (vật liệu mạnh hơn) sản xuất 1,5 microwatt – đủ để vận hành các cảm biến siêu nhỏ. Dù lượng điện này rất nhỏ so với nhu cầu sinh hoạt, nhóm nghiên cứu tin rằng công nghệ này có thể được mở rộng để tạo ra nhiều năng lượng hơn trong tương lai.

Pin được thiết kế cho các môi trường như cơ sở lưu trữ chất thải hạt nhân, hệ thống thám hiểm không gian hoặc nghiên cứu dưới nước, chứ không dùng cho dân dụng. Đáng chú ý, bản thân pin không chứa vật liệu phóng xạ, nên an toàn khi chạm vào dù nó sử dụng bức xạ.

Nghiên cứu chỉ ra rằng kích thước và hình dạng của tinh thể trong pin ảnh hưởng đến hiệu suất: tinh thể lớn hấp thụ nhiều bức xạ và phát sáng mạnh hơn, trong khi tế bào quang điện lớn chuyển hóa ánh sáng hiệu quả hơn.

Việc mở rộng quy mô pin để tăng công suất vẫn cần nhiều nỗ lực, đặc biệt do chi phí sản xuất cao. Tuy nhiên, các nhà khoa học nhìn thấy tiềm năng lớn cho những ứng dụng khó bảo trì hoặc không thể tiếp cận thường xuyên, vì pin có thể hoạt động lâu dài mà không gây ô nhiễm.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Optical Materials: X, và nhóm tác giả coi đây mới chỉ là bước khởi đầu. Họ hy vọng các thử nghiệm tiếp theo sẽ cải tiến thiết kế và tạo ra nguyên mẫu mạnh hơn. Công trình được tài trợ bởi các cơ quan chính phủ Mỹ chuyên về an ninh hạt nhân và hiệu quả năng lượng.