Phương trình phản ứng của pin hạt nhân

Phương trình phản ứng của pin hạt nhân

Ứng dụng của pin hạt nhân 100 năm

Phương trình phản ứng của pin hạt nhân

Phân tích và dự đoán xu hướng công nghệ pin sẽ bùng nổ trong 5–10 năm tới

Những công nghệ pin mới nhất hiện đại nhất hiện nay

Quốc gia nào đang nắm giữ lợi thế về tài nguyên pin?

Nguồn nguyên liệu sản xuất pin hiện đại?

Công nghệ nào hiện đang được các nước Mỹ và Trung Quốc đầu tư nghiên cứu ứng dụng nhiều nhất?

Em muốn chuyên sâu ngành công nghệ pin cần học môn gì?

Mình sẽ trình bày phương trình phản ứng trong pin hạt nhân dạng betavoltaic – loại được Trung Quốc (Betavolt) và nhiều công ty khác đang nghiên cứu.

---

⚛️ 1. Phản ứng hạt nhân xảy ra trong pin

Đối với Nickel-63 (Ni-63) – đồng vị được dùng phổ biến:

Đây là một phản ứng phân rã beta âm (β⁻ decay):

63Ni28−>63Cu29+β−+νˉe ​

Giải thích:

• Ni-63 không ổn định → tự động phân rã thành đồng-63 (Cu-63) bền vững.

• Trong quá trình này, một neutron trong hạt nhân Ni-63 biến thành proton, phát ra:

  • 1 electron năng lượng cao (β⁻ particle) – đây là hạt mang năng lượng chính.

  • 1 phản neutrino electron – bay đi, không dùng đến.

• Chu kỳ bán rã của Ni-63 là khoảng 100 năm, nghĩa là pin có thể hoạt động ổn định trong thời gian đó.

---

⚡️ 2. Cách tạo ra điện từ phản ứng trên

• Electron phát ra từ phản ứng beta sẽ đập vào lớp bán dẫn, tương tự ánh sáng đập vào tấm pin mặt trời.

• Lớp bán dẫn (ví dụ: kim cương nhân tạo pha tạp hoặc silicon) được thiết kế như một diode p-n, tạo nên điện áp và dòng điện nhỏ khi có chuyển động electron.

---

🔋 3. Toàn bộ nguyên lý gói gọn:

1. Ni-63 phân rã:

63Ni−>63Cu+β−+νˉe ​

2. Electron (β⁻) phát ra va vào bán dẫn → sinh điện:

Hạt β−+Lớp baˊn daˆ˜n→cặp electron-hole→doˋng điện

---

📌 Lưu ý:

• Đây không phải phản ứng phân hạch hay nhiệt hạch, nên không có vụ nổ, không có sinh nhiệt lớn.

• Pin kiểu này an toàn hơn rất nhiều so với các lò phản ứng hạt nhân truyền thống.

---

Dưới đây là phần mở rộng về các loại pin hạt nhân khác ngoài Nickel-63 – cụ thể về:

• ✅ Carbon-14 (C-14)

• ✅ Tritium (H-3)

• ✅ Plutonium-238 (Pu-238) dùng trong RTG (Radioisotope Thermoelectric Generator)

---

⚛️ 1. Carbon-14 (C-14) – Pin kim cương hạt nhân

🧪 Phản ứng:

14C6−>14N7+β−+νˉe ​

• Phân rã beta âm, tạo thành Nitơ-14.

• Thời gian bán rã: khoảng 5.730 năm (!)

• Phát ra hạt β⁻ năng lượng thấp (~50 keV) ⇒ rất an toàn.

🔋 Ứng dụng:

• Sử dụng trong công nghệ “diamond battery” (pin kim cương nhân tạo).

• Lớp C-14 được tích hợp trong kim cương nhân tạo → chống bức xạ + dẫn điện → tạo điện liên tục hàng ngàn năm.

📍 Nghiên cứu bởi Đại học Bristol (Anh), tiềm năng cho cảm biến trong điều kiện khắc nghiệt như không gian, sâu dưới lòng đất.

---

⚛️ 2. Tritium (H-3) – Pin beta nhỏ gọn

🧪 Phản ứng:

3H1−>3He2+β−+νˉe ​

• Tritium là đồng vị phóng xạ của hydro.

• Thời gian bán rã: 12,3 năm

• Phát ra β⁻ có năng lượng thấp (~18.6 keV) ⇒ rất an toàn với sinh học.

🔋 Ứng dụng:

• Sử dụng trong thiết bị quân sự, máy đo phóng xạ, ánh sáng tự phát (tritium light).

• Được nghiên cứu trong pin betavoltaic cho thiết bị y tế.

---

⚛️ 3. Plutonium-238 (Pu-238) – Dùng trong RTG

🧪 Phản ứng:

238Pu94−>92234U+α+heat 

• Phân rã alpha, sinh nhiệt rất lớn (~0.5 watt/gram).

• Không tạo ra electron → không dùng trong betavoltaic mà trong RTG (máy phát điện nhiệt đồng vị phóng xạ).

🔥 RTG hoạt động như thế nào?

1. Pu-238 phân rã → sinh nhiệt liên tục trong nhiều năm.

2. Nhiệt làm nóng một đầu của module nhiệt điện (thermocouple).

3. Sự chênh lệch nhiệt độ tạo ra điện theo hiệu ứng Seebeck.

🚀 Ứng dụng:

• Sử dụng bởi NASA trong tàu Voyager, Mars Rover, Cassini…

• Cung cấp năng lượng hàng chục năm, kể cả nơi không có ánh sáng Mặt trời.

📊 So sánh nhanh: