Pin hạt nhân mới của NASA có tuổi thọ tới 433 năm

Từ những năm 1960, NASA đã dựa vào hệ thống năng lượng đồng vị phóng xạ (RPS) để cung cấp điện cho các sứ mệnh vũ trụ. Các pin hạt nhân này, vốn khai thác nhiệt lượng sinh ra từ sự phân rã phóng xạ, đã giúp duy trì hoạt động của nhiều con tàu nổi tiếng như Voyager 1 & 2, New Horizons, hay các robot thám hiểm sao Hỏa Curiosity và Perseverance.

Trong suốt nhiều thập kỷ, plutonium-238 (Pu-238) là đồng vị chính được sử dụng. Với chu kỳ bán rã khoảng 88 năm, nó đủ bền để phục vụ các chuyến đi dài ngày, nhưng vẫn có giới hạn nhất định. Để vươn xa hơn, NASA cùng các đối tác đang hướng tới americium-241 (Am-241), đồng vị có chu kỳ bán rã gần 433 năm – gấp 5 lần Pu-238. Điều này đồng nghĩa với khả năng kéo dài tuổi thọ của pin hạt nhân qua nhiều thế kỷ, cho phép tàu vũ trụ tiến sâu vào vũ trụ mà không lo thiếu hụt năng lượng.

Để được sử dụng trong không gian, nhiên liệu hạt nhân phải đáp ứng nhiều yêu cầu khắt khe. Nó cần được chế tạo ở dạng gốm không độc hại, khó bị hấp thụ nếu xảy ra sự cố, đồng thời phải ổn định ở nhiệt độ cao và tạo ra đủ nhiệt từ một khối lượng nhỏ. Trước đây chỉ có Pu-238 đáp ứng đủ tiêu chuẩn này, nhưng các thử nghiệm gần đây tại Trung tâm Nghiên cứu Glenn của NASA và Đại học Leicester (Anh) cho thấy Am-241 cũng có tiềm năng lớn.

Một thách thức khác là cách chuyển đổi nhiệt năng thành điện năng. NASA đang nghiên cứu công nghệ biến đổi Stirling piston tự do – hệ thống cho phép piston vận hành trong môi trường vi trọng lực, giúp pin hạt nhân Am-241 hiệu quả hơn so với cơ chế truyền thống.

Hiện nay, Pu-238 vẫn được sản xuất chủ yếu tại các cơ sở như Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (ORNL) và Idaho (INL). Song song đó, quá trình chế tạo Am-241 đang được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Los Alamos với mục tiêu nâng cao an toàn và hiệu suất.

Nếu thành công, pin hạt nhân americium-241 có thể đánh dấu một bước ngoặt trong ngành hàng không vũ trụ. Không chỉ giúp tàu vũ trụ tồn tại lâu hơn ở những vùng tối lạnh giá xa Trái Đất, công nghệ này còn mở ra triển vọng cho các sứ mệnh thám hiểm ngoài Hệ Mặt Trời – điều mà con người vẫn hằng khao khát.