Các vật liệu chuyển hóa trực tiếp bức xạ thành điện năng có thể tạo ra một thời đại mới với các con tàu vũ trụ và các phương tiện đi lại trên mặt đất được cung cấp năng lượng bằng các loại pin nguyên tử có tính năng cao, theo các nhà nghiên cứu Mỹ cho biết.
Điện năng thường được sản sinh bằng cách sử dụng năng lượng hạt nhân để đốt nóng hơi nước, làm quay tuabin sản sinh ra điện. Nhưng bắt đầu từ những năm 1960, Mỹ và Liên Xô cũ đã sử dụng các vật liệu nhiệt điện có khả năng chuyển hóa nhiệt thành điện để cung cấp năng lượng cho các con tàu vũ trụ sử dụng phân hạch hạt nhân hay nguyên liệu phóng xạ phân rã. Tàu vũ trụ Pioneer là một trong số các phương tiện sử dụng cách tiếp cận “pin hạt nhân” này.
Việc phân bố lượng hơi và các tuabin có thể làm cho các hệ thống này nhỏ hơn và ít phức tạp hơn. Nhưng các vật liệu nhiệt điện có hiệu suất rất thấp. Giờ đây các nhà nghiên cứu Mỹ cho biết họ đã phát triển các loại nhiên vật liệu có hiệu suất cao, có thể chuyển hóa sự bức xạ, chứ không phải là nhiệt, từ vật liệu và các phản ứng hạt nhân thành điện năng.
Liviu Popa-Simil, nguyên là kỹ sư hạt nhân thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos và là người đồng sáng lập công ty nghiên cứu và phát triển tư nhân LAVM và Claudiu Muntele thuộc trường Đại học Alabama A&M University, Mỹ cho biết sự chuyển hóa năng lượng của các hạt phóng xạ thành điện năng còn mang lại hiệu quả cao hơn.
Loại vật liệu mà họ đang thử nghiệm có thể cung cấp năng lượng từ sự phân rã phóng xạ cao hơn gấp 20 lần so với vật liệu nhiệt điện, theo ước tính của họ.
Các thử nghiệm trên các lớp ống nano cacbon được chèn với vàng và bao quanh bằng hyđrua lithi hiện đang được tiến hành. Các hạt phóng xạ khi được bắn vào vàng sẽ đẩy ra một trận mưa gồm các điện tử năng lượng cao. Các điện tử này đi qua các ống nano cabon và với tới lớp hyđrua lithi, từ đây chúng di chuyển đến các điện cực và cho phép dòng điện đi qua.
Theo Popa-Simil cho biết, các ống nano cacbon sẽ được sử dụng tốt nhất để tạo ra điện năng khi sử dụng một lọai vật liệu phóng xạ, bởi vì chúng có thể gắn một cách trực tiếp khi có sự bức xạ lớn nhất. Nhưng họ còn có thể thu được năng lượng trực tiếp từ sự bức xạ của một lò phản ứng phân hạch.
Các thiết bị dựa trên cơ sở loại vật liệu này có thể đủ nhỏ để cung cấp năng lượng cho bất cứ phương tiện nào, từ các con tàu thăm dò vũ trụ liên hành tinh cho đến các máy bay và phương tiện trên mặt đất. “Tôi tin tưởng rằng công trình này mang tính đổi mới và có một tác động quan trọng đến tương lai của ngành năng lượng hạt nhân”, David Poston thuộc Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos của Bộ Năng lượng Mỹ nói. Tuy nhiên, việc hoàn thiện các công nghệ hạt nhân mới cũng cần phải mất nhiều năm nữa và ít nhất phải mất một thập kỷ nữa trước khi các thiết kế cuối cùng của khái niệm chuyển hóa từ bức xạ đến điện năng được ra đời.
Theo Vista