NASA đang tìm cách cải tiến hệ thống cung cấp điện cho tàu vũ trụ với loại pin hạt nhân mới sử dụng đồng vị americium-241 có chu kỳ bán rã lên đến 433 năm.
Cúc nhỏ chứa 141 nanogram đồng vị americium-241. Ảnh: Wikipedia
Dù chưa tìm ra cách giúp tàu vũ trụ duy trì bay ở cách Trái Đất hàng năm ánh sáng, NASA tìm ra giải pháp có thể kéo dài hoạt động của những con tàu, đó là sử dụng đồng vị americium-241 trong pin hạt nhân, theo Popular Mechanic.
NASA đã sử dụng hệ thống năng lượng đồng vị phóng xạ (RPS) bao gồm pin hạt nhân từ đầu thập niên 1960 để cung cấp điện cho nhiều nhiệm vụ như bộ đôi tàu Voyager, tàu New Horizons, robot Curiosity, và gần nhất là robot Perseverance. Đồng vị phóng xạ là dạng kém ổn định của các nguyên tố, song chính sự phân rã của đồng vị phóng xạ tạo ra nhiệt giúp duy trì hoạt động của pin.
Sau nhiều thập kỷ sử dụng đồng vị plutonium-238, hay plutonium oxide làm nhiên liệu, NASA đang tìm cách nâng cấp thiết kế pin hạt nhân. Chu kỳ bán rã (thời gian cần thiết để phóng xạ của đồng vị giảm còn 1/2 so với ban đầu) của đồng vị này là gần 88 năm. Tuy nhiên, hiện nay, các nhà nghiên cứu của NASA đang cân nhắc dùng đồng vị americium-241 cho một số nhiệm vụ sắp tới. Với chu kỳ bán rã gần 433 năm, nó tồn tại lâu hơn hàng thế kỷ so với plutonium -238, có thể giúp tàu vũ trụ bay xa hơn tới vùng chưa được khám phá.
Đồng vị phóng xạ cần đáp ứng tiêu chí nghiêm ngặt của NASA để đủ điều kiện sử dụng cho nhiệm vụ. Trước hết, mọi dạng của chúng đều cần không độc hại đối với con người và cần không tan để khó bị hấp thụ vào cơ thể. Do đó, nhiên liệu luôn ở dạng gốm, có thể vỡ thành mảnh lớn không thể hấp thụ ngay cả khi nuốt phải. Ngoài ra, các thiết bị trên tàu vũ trụ cần được bảo vệ, vì vậy bất kỳ đồng vị phóng xạ nào được sử dụng trong pin phải có chu kỳ bán rã đủ lâu, ổn định ở nhiệt độ cao và tạo ra lượng nhiệt lớn chỉ với một lượng nhỏ.
Trước đây, chỉ có plutonium-238 đáp ứng những yêu cầu trên. Nhưng vào tháng 1 vừa qua, Trung tâm Nghiên cứu Glenn của NASA và Đại học Leicester ở Anh hợp tác thử nghiệm americium-241. Họ cũng đang nghiên cứu phương pháp tối ưu để tạo ra điện từ nhiên liệu phóng xạ này thay cho hệ thống chỉ cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ bằng trục khuỷu, một bộ biến đổi Stirling piston tự do cho phép piston nổi trong động cơ trong điều kiện vi trọng lực.
Hiện nay, đồng vị plutonium-238 đang được sản xuất tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL), Phòng thí nghiệm Quốc gia Idaho (INL) và một số cơ sở khác. Quá trình sản xuất americium-241 đang được cải tiến để tăng hiệu quả và an toàn tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos.
An Khang (Theo Popular Mechanics)
