Trung Quốc tự chủ sản xuất pin hạt nhân carbon-14 thế hệ 2

Pin hạt nhân là nguồn năng lượng bền vững không thể thiếu cho thám hiểm không gian, nghiên cứu khoa học vùng cực, thiết bị đặc biệt và các hoạt động không người lái. Đây cũng là một thành phần quan trọng của hệ thống năng lượng mới và sức mạnh khoa học công nghệ chiến lược của Trung Quốc.

Từ lâu, các ứng dụng công nghiệp thường gặp phải những hạn chế như công suất đầu ra thấp, tính tích hợp cấu trúc chưa đầy đủ và chi phí ứng dụng cao.

Mới đây, tại Hội nghị “Qianjiyuan: Đổi mới năng lượng hạt nhân” do Đại học Sư phạm Tây Bắc chủ trì và Công ty TNHH Công nghệ Gansu Zhulong tổ chức, hai thành tựu nghiên cứu cốt lõi đã được chính thức công bố: pin hạt nhân carbon-14 mang thương hiệu “Qianjiyuan Tianshu” và bộ chuyển đổi silicon carbide “Qianjiyuan Nengshu.

GS Su Maogen, trưởng nhóm dự án đến từ Đại học Sư phạm Tây Bắc giải thích, đồng vị carbon-14 có chu kỳ bán rã lên đến 5.730 năm, và pin hạt nhân carbon-14 về mặt lý thuyết có tuổi thọ cực dài hàng nghìn năm, đồng thời có khả năng thích ứng với nhiệt độ khắc nghiệt từ -100 độ C đến 200 độ C.

Nhóm nghiên cứu đã sử dụng nguồn phóng xạ carbon-14 để tăng công suất đầu ra lên mức microwatt, và kết hợp nó với bộ chuyển đổi silicon carbide hiệu suất cao để chuyển đổi năng lượng.

Phương pháp này đáp ứng tốt hơn các yêu cầu về nguồn điện lâu dài, không cần bảo trì trong các ứng dụng như cảm biến IoT, thăm dò biển sâu và hàng không vũ trụ.

Pin hạt nhân carbon-14 Qianjiyuan Tianshu thế hệ thứ 2 do Trung Quốc tử chủ phát triển.

So với nguyên mẫu kỹ thuật "Zhulong-1", pin hạt nhân carbon-14 đầu tiên Trung Quốc tạo ra năm 2024, dòng sản phẩm "Qianjiyuan" đã đạt được 5 bước đột phá công nghệ lớn.

Những bước tiến này bao gồm công nghệ thích ứng nguồn phóng xạ, công nghệ bộ chuyển đổi năng lượng silicon carbide, công nghệ đóng gói xếp chồng ba chiều, công nghệ quản lý năng lượng thông minh và công nghệ cảm biến tự cấp nguồn không dây, từ đó xây dựng một hệ thống công nghệ tự sản xuất, độc lập và có thể kiểm soát được trong nước.

Pin hạt nhân carbon-14 "Qianjiyuan Tianshu" sử dụng nguồn phóng xạ carbon-14 129 millicury trong thể tích 16,8 cm khối, đạt được các chỉ số hiệu suất như dòng điện ngắn mạch 0,713 microampe, điện áp hở mạch 2,06 volt, hệ số lấp đầy 0,77 và công suất đầu ra tối đa 1,13 microwatt.

Các chỉ số hiệu suất cốt lõi của sản phẩm đã được cải thiện đáng kể so với thế hệ trước: hoạt độ riêng của nguồn phóng xạ tăng gấp 1,5 lần, trong khi lượng nguồn phóng xạ sử dụng chỉ bằng 22% so với thế hệ trước.

Nguyên mẫu thế hệ pin hạt nhân đầu tiên Zhulong-1 ra mắt năm 2024.

Bước tiến này giúp giảm đáng kể chi phí nguyên vật liệu cốt lõi; dòng điện ngắn mạch tăng gấp 2,5 lần, hệ số lấp đầy tăng từ 0,73 lên 0,77, và công suất đầu ra tối đa đạt gấp 2,6 lần so với thế hệ trước.

Trong khi vẫn duy trì cùng điện áp hở mạch và độ ổn định đầu ra, thể tích hiệu dụng của sản phẩm giảm xuống còn 17% so với thế hệ trước, và mật độ công suất thể tích tăng gấp 15,5 lần.

Chuỗi chỉ số này đã vượt qua những hạn chế về hiệu suất thấp, chi phí cao, kích thước lớn và mật độ công suất thấp của pin hạt nhân carbon-14, đạt được sự nâng cấp có hệ thống về thu nhỏ, công suất cao, chi phí thấp và tích hợp cao.

Việc công bố loạt thành tựu "Qianjiyuan" đánh dấu một bước đột phá quan trọng trong quá trình phát triển độc lập pin hạt nhân carbon-14 của Trung Quốc, bao gồm toàn bộ chuỗi từ nguồn phóng xạ, bộ chuyển đổi năng lượng lõi, cấu trúc đóng gói an toàn, quản lý năng lượng vi mô đến xác minh kịch bản.

Nhìn lại vụ nổ Nhà máy điện hạt nhân Chernobyl, thảm họa hạt nhân tồi tệ nhất lịch sử nhân loại - VTV