Các nhà khoa học đang biến chất thải phóng xạ thành những viên pin có tuổi thọ vài nghìn năm

Các nhà khoa học đã tìm ra cách biến chất thải hạt nhân thành một nguồn năng lượng có thể sử dụng được, họ có thể chuyển đổi chất phóng xạ thành một thứ kim cương nhân tạo, có thể được sử dụng được như pin.

Những viên kim cương này có thể tạo ra dòng điện của riêng chúng và tuyệt vời hơn, chúng có thể hoạt động được tới cả nghìn năm, bởi vật chất tạo nên những viên kim cương này có thời gian bán rã cực kì lâu.

“Không cần tới các linh kiện khác, không cần phải phát ra năng lượng đặc biệt gì, không cần bảo trì, đây chỉ đơn giản là thiết bị tạo ra điện”, nhà địa hóa học Tom Scott tại Đại học Bristol nói.

“Bằng việc gói gọn vật liệu phóng xạ vào trong các viên kim cương, chúng ta biến vấn đề rác thải hạt nhân nan giải thành một nguồn năng lượng sạch và lâu dài, thông qua những viên pin có sức mạnh hạt nhân”.

Từ trước tới giờ, đội ngũ của nhà nghiên cứu Scott đã thử nghiệm những viên pin mẫu với đồng vị không ổn định của kền (kền-63) làm nguồn phóng xạ.

Thời gian bán rã của kền-63 là 100 năm, điều đó có nghĩa là viên pin kia sẽ có thể giữ được 50% điện tích của nó trong khoảng thời gian 100 năm. Nhưng các nhà khoa học vẫn còn tin vui cho chúng ta: họ vẫn còn một nguồn phóng xạ tốt hơn để sử dụng và từ nguồn đó, họ sẽ cung cấp một giải pháp để xử lý được lượng rác thải hạt nhân khổng lồ của Anh.

Thế hệ đầu tiên của lò phản ứng hạt nhân Magnox tại Anh, được đưa vào sử dụng trong khoảng thời gian từ những năm 1950 tới những năm 1970, đã sử dụng những khối than chì lớn để duy trì các phản ứng hạt nhân, nhưng họ cũng phải trả một cái giá không hề rẻ khi tiến hành thực hiện kĩ thuật này.

Trong quá trình sử dụng, những khối than chì kia sẽ dần trở nên nhiễm xạ, tạo ra một loại đồng vị carbon không ổn định, đó là carbon-14.

Lò phản ứng Magnox cuối cùng đã được đóng lại vào năm 2015, nhưng sau nhiều thập kỉ duy trì và hoạt động, nó đã để lại một lượng rác thải hạt nhân không hề nhỏ. Hiện tại, 95.000 tấn các khối than chì này đang được bảo quản một cách an toàn và được giám sát chặt chẽ, cho tới giờ chúng vẫn còn có tính phóng xạ mạnh.

Có lẽ, ta phải chờ khá lâu nữa để chúng phân rã hết, vì carbon-14 có thời gian bán rã là 5.730 năm.

Với công nghệ được nói trên đây, thì ta có một nguồn pin năng lượng phóng xạ khổng lồ và dùng được lâu năm. Áp dụng cùng công nghệ như với đồng vị kền-63 thì những viên pin carbon-14 này cũng sẽ có tiềm năng rất lớn.

“Đồng vị carbon-14 được chọn làm vật liệu nguồn phóng xạ bởi chúng phát ra những xạ ngắn, có thể bị hấp thụ dễ dàng bởi vật chất rắn”, nhà nghiên cứu Neil Fox thuộc dự án này nói.

“Thông thường, việc nuốt vào hoặc chạm tay không vào những đồng vị này là rất nguy hiểm nhưng khi chúng được lưu giữ an toàn trong lớp kim cương, thì không có bức xạ ngắn nào có thể thoát ra được. Kim cương là thứ vật liệu cứng nhất mà ta biết tới, và ta có thể sử dụng tính chất ấy để giúp bảo vệ ta tốt hơn”.

Ý tưởng này được đội ngũ các nhà khoa học đưa ra tại bài giảng “Những ý tưởng thay đổi thế giới” diễn ra tại Đại học Bristol tuần vừa rồi, nhưng họ vẫn chưa đưa ra bài nghiên cứu cụ thể. Vì thế, ta vẫn phải chờ xem các nhà nghiên cứu Anh quốc đem lại điều kì diệu gì tới với công chúng.

“Thông thường, một viên pin AA nặng 20 gram sẽ có lượng năng lượng lưu trữ khoảng 700 Joule/gram, nếu hoạt động liên tục thì nó sẽ hết trong vòng 34 giờ”, nhà nghiên cứu Scott nói. “Một viên pin kim cương thử nghiệm chứa 1 gram đồng vị carbon-14 sẽ cho ta 15 Joule/ngày, tiên lục cung cấp lượng năng lượng đó trong vòng 5.730 năm, vậy là tổng năng lượng đạt tới mức 2,7 Tera Joule”.

Hiển nhiên là viên pin này có thể được áp dụng vào những thiết bị điện tử không yêu cầu mức điện lớn nhưng lại nhận được nhiều lợi ích nếu như nó có thể cung cấp năng lượng liên tục. Ta có thể sử dụng nó trong nhiều thiết bị như máy điều hòa nhịp tim, vệ tinh, tàu không người lái trên cao hay thậm chí, trong các tàu vũ trụ.

Đây sẽ là một mũi tên trúng hai đích, ta vừa có một cục pin thọ hàng nghìn năm tuổi mà ta cũng sẽ có cho mình một giải pháp xử lý chất thải phóng xạ. Quả là tuyệt vời.

Tham khảo ScienceAlert

Những viên pin mới có thiết kế giống ruột người này chứa năng lượng nhiều hơn gấp 5 lần pin lithium-ion thông thường