Cơ quan Vũ trụ Vương quốc Anh và Phòng thí nghiệm Hạt nhân Quốc gia (NNL) hiện hợp tác để chế tạo pin dung trong lĩnh vực vũ trụ không gian đầu tiên trên thế giới chạy bằng Americi-241. Đồng vị này được chiết xuất từ nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng, lưu trữ tại địa điểm Sellafield ở Cumbria.
Hệ thống năng lượng từ các đồng vị phóng xạ – hay được gọi là pin hạt nhân, được lấy nhiên liệu từ chuỗi phân rã của plutoni-238. Dạng năng lượng này được sử dụng trong lĩnh vực vũ trụ không gian từ đầu những năm 1960. Máy phát điện sử dụng đồng vị phóng xạ và thiết bị gia nhiệt đồng vị phóng xạ có thể cung cấp năng lượng và nhiệt liên tục cho các tàu vũ trụ thực hiện nhiệm vụ không gian trong thời gian dài. Pu-238 được tạo ra bằng cách chiếu xạ neptuni-237, thu hồi từ nhiên liệu lò phản ứng nghiên cứu. Pu-238 chỉ được sản xuất ở Mỹ và Nga nên rất cần một giải pháp thay thế nếu triển khai ứng dụng trên diện rộng. Công trình nghiên cứu này do Cơ quan Vũ trụ Vương quốc Anh ủy quyền và tài trợ sẽ được chuyển giao trong phòng thí nghiệm mới trị giá 19 triệu bảng Anh (23 triệu USD) tại Phòng thí nghiệm trung tâm hàng đầu của NNL trên địa điểm Sellafield ở Cumbria, được trang bị thiết bị và công nghệ thế hệ tiếp theo.
Cơ quan này cho biết họ sẽ cung cấp nguồn nhiên liệu cho pin không gian trong bối cảnh thiếu hụt toàn cầu, cho phép Vương quốc Anh và các đối tác theo đuổi các sứ mệnh khám phá và khoa học vũ trụ mới. Sự hỗ trợ từ Cơ quan Vũ trụ Vương quốc Anh tiếp nối khoản đầu tư kỷ lục của Vương quốc Anh cho Cơ quan Vũ trụ Châu Âu cho một loạt chương trình mới, bao gồm 22 triệu bảng Anh cho Thiết bị Châu Âu Sử dụng Năng lượng Đồng vị Phóng xạ (ENDURE), sẽ sử dụng đồng vị phóng xạ để phát triển hệ thống làm ấm và cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ. NNL đã nỗ lực thực hiện nhiệm vụ này từ năm 2009, khi các nhà nghiên cứu của họ lần đầu tiên phát hiện ra rằng Am-241, một chất thay thế cho Pu-238, được tạo ra trong quá trình phân rã phóng xạ của nhiên liệu đã qua sử dụng từ các lò phản ứng hạt nhân, phát ra năng lượng trong hơn 400 năm. Năm 2019, NNL và Đại học Leicester thông báo đã tạo ra nguồn điện có thể sử dụng được từ Am-241. Thành tựu này được coi là một bước tiến tới tiềm năng sử dụng Am-241 cho pin không gian.
Các đối tác cho biết, với nguồn cung Am-241 dồi dào tại Sellafield, sự hợp tác này sẽ biến một khái niệm khoa học đã được chứng minh thành một công nghệ hiện thực hóa đầy đủ. Pin không gian chạy bằng năng lượng Am-241 dự kiến sẽ hoạt động trong vòng 4 năm tới và có thể sẽ được sử dụng lần đầu tiên trong sứ mệnh Argonaut của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu lên Mặt trăng và cho các hoạt động không gian trong tương lai. Bộ trưởng Khoa học Anh George Freeman cho biết: “Việc có thể cung cấp nguồn Am-241 độc nhất trên toàn cầu sẽ khuyến khích đầu tư và mở ra cơ hội tăng trưởng cho tất cả các ngành công nghiệp của Vương quốc Anh đang tìm cách khám phá năng lượng hạt nhân”. Tim Tinsley, Giám đốc phụ trách nhiệm vụ này tại NNL, cho biết: “Trong 50 năm qua, các sứ mệnh không gian đã sử dụng plutoni-238 để cấp năng lượng ngăn tàu vũ trụ bị đóng băng nhưng nguồn cung này rất hạn chế”. NNL đã xác định được trữ lượng đáng kể của Am-241, một đồng vị phóng xạ có đặc tính tương tự plutoni-238 nhưng có tiềm năng thay đổi cuộc chơi đối với tham vọng không gian của Vương quốc Anh.
Nghiên cứu này được thực hiện thông qua sự hỗ trợ của Cơ quan Vũ trụ Vương quốc Anh, giúp áp dụng kinh nghiệm hàng thập kỷ trong việc tách và tinh chế vật liệu hạt nhân đã qua sử dụng nhằm mang lại những lợi ích to lớn và đi vào trọng tâm mục đích của khoa học hạt nhân. Giám đốc điều hành Cơ quan Vũ trụ Vương quốc Anh Paul Bate cho biết thêm: “Phương pháp cải tiến này nhằm tạo ra americi để cung cấp năng lượng cho các sứ mệnh không gian sẽ cho phép không chỉ duy trì hoạt động khám phá Mặt trăng và Sao Hỏa trong thời gian dài hơn mà còn có thể dấn sâu hơn vào vũ trụ hơn bao giờ hết. Việc mở rộng Phòng thí nghiệm Hạt nhân Quốc gia sẽ đưa Vương quốc Anh trở thành quốc gia duy nhất trên thế giới có khả năng sản xuất chất thay thế plutoni, giảm sự phụ thuộc của cộng đồng không gian toàn cầu vào nguồn cung hạn chế càng khó khăn và tốn kém. Cơ quan Vũ trụ Vương quốc Anh cam kết duy trì các hoạt động không gian bền vững và công nghệ hiệu quả này khai thác các sản phẩm sinh học plutoni thải không được sử dụng mà không tạo ra thêm chất thải.
Từ khóa: bức xạ; hạt nhân; pin; vũ trụ;
– CMD&DND –
