Loại pin hạt nhân mới Qianjiyuan Tianshu sử dụng đồng vị carbon-14 được phát triển tại Trung Quốc.

Mới đây, các nhà nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Tây Bắc đã phối hợp cùng Công ty Công nghệ Gansu Zhulong chế tạo thành công thế hệ pin hạt nhân mới mang tên Qianjiyuan Tianshu.

Thiết bị này là sự kết hợp đột phá giữa đồng vị phóng xạ carbon-14 và bộ chuyển đổi bán dẫn silicon carbide do chính Trung Quốc sản xuất, đánh dấu một cột mốc quan trọng khi công nghệ lõi được làm chủ hoàn toàn trong nước.

Pin hạt nhân, hay còn gọi là pin đồng vị phóng xạ, hoạt động bằng cách chuyển hóa trực tiếp năng lượng từ quá trình phân rã của các đồng vị phóng xạ bên trong thành điện năng. Do chu kỳ bán rã của các vật liệu này có thể kéo dài tới hàng chục năm, thậm chí hàng thế kỷ, pin hạt nhân sở hữu tuổi thọ và độ bền bỉ vượt trội hoàn toàn so với các dòng pin hóa học truyền thống.

Ưu điểm cốt lõi này biến chúng thành nguồn năng lượng lý tưởng cho các tàu vũ trụ, hệ thống cảm biến môi trường đặt tại vùng sâu vùng xa hoặc các thiết bị y tế cấy ghép đặc biệt trong cơ thể người. Trước Trung Quốc, Cơ quan Vũ trụ Mỹ NASA cũng từng đưa loại pin này vào các sứ mệnh không gian sâu huyền thoại như tàu dò Voyager vào năm 1977 hay xe tự hành Curiosity trên sao Hỏa vào năm 2012.

Sự xuất hiện của dòng pin thế hệ mới Qianjiyuan Tianshu được xem là bước nhảy vọt so với phiên bản tiền nhiệm mang tên Zhulong-1 được ra mắt vào năm 2024. Điểm nâng cấp ấn tượng nhất của thiết bị mới nằm ở khả năng cắt giảm lượng vật liệu phóng xạ sử dụng xuống chỉ còn 22%, nhưng lại giúp tối ưu hóa công suất đầu ra lên gấp 2,6 lần mà không làm ảnh hưởng đến điện áp hay độ ổn định của dòng điện.

Ông Su Maogen, trưởng dự án nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Tây Bắc cho biết, các phiên bản trước đây thường gặp nhược điểm lớn về hiệu suất thấp, độ tích hợp kém và giá thành đắt đỏ. Chính vì vậy, đội ngũ phát triển đã tập trung tối ưu hóa nguồn phóng xạ và áp dụng thiết kế xếp chồng ba chiều giúp tiết kiệm không gian, đồng thời tích hợp hệ thống quản lý năng lượng vi mô cùng các cảm biến thông minh để thiết bị có thể tự vận hành hoàn toàn.

Mặc dù sở hữu sức mạnh đáng nể, viên pin hạt nhân thế hệ mới này lại có kích thước vô cùng nhỏ gọn, chỉ nhỉnh hơn 16,8 cm khối. Với việc sử dụng 129 millicurie carbon-14, viên pin có khả năng sản sinh dòng điện 0,713 microampe, điện áp 2,06 vôn và công suất đầu ra tối đa đạt 1,13 microwatt.

Khác biệt hoàn toàn với phương pháp truyền thống vốn dùng vật liệu nhiệt điện cồng kềnh để biến nhiệt phân rã thành điện năng ở nhiệt độ cao, cấu trúc của Qianjiyuan Tianshu dẫn trực tiếp các electron phát ra từ quá trình phân rã vào chất bán dẫn silicon carbide để tạo ra dòng điện một cách trực tiếp.

Cơ chế này được các nhà khoa học ví von tương tự như một tấm pin năng lượng mặt trời, nhưng thay vì hấp thụ ánh sáng thì nó lại hấp thụ các tia bức xạ. Nhờ cải tiến này, mật độ công suất thể tích của viên pin đã tăng mạnh tới 15 lần dù thể tích tổng thể chỉ giảm khoảng 17% so với trước.

Với chu kỳ bán rã của vật liệu carbon-14 lên tới 5.730 năm, viên pin hạt nhân này trên thực tế có thể hoạt động bền bỉ liên tục trong hàng ngàn năm mà không cần sạc lại, mở ra tiềm năng ứng dụng khổng lồ cho các thiết bị công nghệ tương lai.