Liên minh khoa học Nga tạo ra "cực phẩm hạt nhân" hoạt động cả thế kỷ
Trong cuộc đua chinh phục không gian vũ trụ, bài toán năng lượng luôn là thách thức lớn nhất. Khi các tấm pin mặt trời trở nên vô dụng trong bóng tối lạnh giá và pin hóa học truyền thống chỉ duy trì được vài năm, các nhà khoa học Nga đã tìm ra giải pháp đột phá: pin hạt nhân sử dụng đồng vị Nickel-63 có thể hoạt động liên tục từ 50 đến 100 năm.
Trái tim hạt nhân bền bỉ cho kỷ nguyên mới
Theo thông tin từ Tạp chí chuyên về hạt nhân quốc tế tháng 3/2026, đây không chỉ là một linh kiện thông thường mà là một "trái tim" năng lượng có khả năng hoạt động bền bỉ suốt một thế kỷ, bất chấp những điều kiện khắc nghiệt nhất trong vũ trụ.
Công trình này là thành quả của liên minh các nhà khoa học Nga đến từ Đại học Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NUST MISIS) ở Moscow, Viện Vật lý và Công nghệ Moscow (MIPT) và các công ty con của Tập đoàn Năng lượng Nguyên tử Nhà nước Nga Rosatom.
Nguyên lý hoạt động đột phá của pin Betavoltaic
Khác với các lò phản ứng hạt nhân khổng lồ tỏa nhiệt lượng lớn, pin hạt nhân của Nga hoạt động dựa trên hiệu ứng Beta-voltaic. Bí mật nằm ở đồng vị Nickel-63 với chu kỳ bán rã lên tới 100 năm.
Evgeniy Stepin từ Trung tâm Nghiên cứu và Công nghệ Vũ trụ thuộc Đại học Tổng hợp Nghiên cứu Hạt nhân Quốc gia (MEPhI) cho biết: "Khi các electron từ quá trình phân rã của Nickel đập vào các lớp bán dẫn đặc biệt, chúng tạo ra dòng điện trực tiếp. Đây chính là cơ chế cho phép pin hoạt động trong 50 đến 100 năm."
Các nguyên mẫu Betavoltaic đã tồn tại từ năm 2016 tại Nga với hiệu suất ấn tượng 3.300 milliwatt-giờ trên mỗi gram - gấp 10 lần năng lượng của pin hóa học truyền thống.
Thách thức chi phí và lộ trình sản xuất hàng loạt
Trở ngại chính hiện nay là chi phí cực kỳ cao của các đồng vị. Tính đến đầu năm 2026, một gram Nickel-63 phóng xạ có giá khoảng 4.000 USD. Tuy nhiên, các chuyên gia Nga đang hướng đến mục tiêu sản xuất hàng loạt trong vòng 5-6 năm tới (2028-2029).
Quá trình sản xuất đồng vị Nickel-63 tinh khiết là một thách thức công nghệ:
- Đòi hỏi quy trình làm giàu đồng vị cực kỳ phức tạp
- Cần công nghệ chuyên dụng và hệ thống máy ly tâm hiện đại
- Nga là một trong số ít quốc gia làm chủ quy trình này
Để hiện thực hóa mục tiêu, các nhà nghiên cứu Nga đang tìm kiếm đối tác công nghiệp tại các trung tâm hạt nhân chuyên biệt của Rosatom như Sarov hoặc Mayak, nhằm giảm chi phí thông qua sản xuất ở quy mô lớn.
Đột phá thiết kế 3D tăng hiệu suất gấp 10 lần
Các nhà khoa học tại Đại học Khoa học và Công nghệ Quốc gia Nga (NUST MISIS) đã phát triển một cấu trúc 3D được cấp bằng sáng chế cho các bộ chuyển đổi dựa trên silicon. Bằng cách đặt các đồng vị bên trong các kênh siêu nhỏ thay vì trên bề mặt phẳng, họ đã đạt được những kết quả ấn tượng:
- Tăng diện tích chuyển đổi bức xạ lên 14 lần
- Công suất riêng tăng gấp 10 lần
- Giảm kích thước thiết bị xuống còn 1/3
An toàn tuyệt đối và ứng dụng đa dạng
Một trong những ưu điểm vượt trội của pin hạt nhân Nickel-63 là độ an toàn cao. Khác với các nguồn năng lượng hạt nhân truyền thống, Nickel-63 không phát ra bức xạ gamma đáng kể.
Bức xạ beta mà nó phát ra có năng lượng thấp đến mức không thể xuyên qua một tờ giấy hay lớp da người. Chính lớp vỏ bảo vệ của viên pin đã đủ để ngăn chặn mọi rò rỉ, đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị điện tử nhạy cảm.
Khả năng chịu nhiệt cực hạn từ -100°C đến +150°C mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng:
- Trạm quan trắc tại Bắc Cực lạnh giá
- Thiết bị không gian trong môi trường chân không
- Máy trợ tim trong y tế - nguồn sống bền bỉ cho cả đời người
- Tàu vũ trụ và máy bay không người lái
Kỷ nguyên mới của năng lượng hạt nhân hòa bình
Pin hạt nhân Nickel-63 không chỉ là một thành tựu khoa học mà còn là minh chứng cho việc con người đã thuần hóa được năng lượng nguyên tử để phục vụ những mục tiêu hòa bình. Các nguyên mẫu đều trải qua quá trình "thử nghiệm khắc nghiệt" nghiêm ngặt để đáp ứng các quy định quốc tế và của Nga.
Với khả năng hoạt động liên tục cả thế kỷ, loại pin này hứa hẹn mở ra một kỷ nguyên mới nơi chúng ta không còn phải lo lắng về việc "hết pin". Từ những sứ mệnh không gian xa xôi đến các ứng dụng y tế cứu người, trái tim hạt nhân của Nga đang đập nhịp cho tương lai bền vững.
