Pin hạt nhân 100 năm- Công nghệ đến từ tương lai của Trung Quốc

"Pin hạt nhân 100 năm" là một công nghệ đang gây chú ý gần đây, đặc biệt khi một công ty Trung Quốc tuyên bố đã phát triển thành công loại pin này. Dưới đây là tóm tắt về công nghệ này và vai trò của Trung Quốc:

🔋 Pin hạt nhân 100 năm là gì?

Đây là loại pin sử dụng phóng xạ từ đồng vị hạt nhân để tạo ra điện năng – không giống pin thông thường dùng phản ứng hóa học. Nó có thể hoạt động liên tục hàng chục tới cả trăm năm mà không cần sạc lại hay thay thế.

⚛️ Nguyên lý hoạt động

Pin hạt nhân không phải là một lò phản ứng mini.
Nó sử dụng đồng vị phóng xạ (ví dụ: Nickel-63 hay Carbon-14) phát ra các hạt beta.
Năng lượng từ các hạt beta được chuyển hóa thành điện năng thông qua vật liệu bán dẫn (như kim cương nhân tạo hoặc lớp bán dẫn siêu mỏng).
Giống như một “pin mặt trời dùng phóng xạ” thay vì ánh sáng.

🇨🇳 Công nghệ của Trung Quốc

Tháng 3/2024, công ty Betavolt Technology (北塔伏特) ở Bắc Kinh tuyên bố đã phát triển thành công pin hạt nhân mini có kích thước 1cm x 1cm x 0.5cm, với công suất 100 microwatt.
Họ dùng Nickel-63 làm nguồn phóng xạ và kết hợp công nghệ kim cương nhân tạo để thu điện.
Hứa hẹn nâng cấp lên pin 1 watt trong tương lai gần.

⚙️ Ứng dụng tiềm năng

Vệ tinh, cảm biến trong không gian, nơi không thể thay pin thủ công.
Thiết bị y tế, như máy tạo nhịp tim hoạt động cả đời.
Thiết bị quân sự hoặc thiết bị cảm biến từ xa trong môi trường khắc nghiệt.
Trong tương lai xa: smartphone hoặc drone không cần sạc?

🧨 Lo ngại và thách thức

Dù công suất nhỏ, việc ứng dụng rộng cần kiểm soát rất kỹ về an toàn phóng xạ.
Khó mở rộng sang các thiết bị tiêu dùng phổ thông trong thời gian ngắn.
Cần quy trình xử lý an toàn khi hết vòng đời.

⚛️ Nguyên lý kỹ thuật của pin hạt nhân (nuclear battery)

1. Loại hạt nhân sử dụng:

Pin sử dụng đồng vị phóng xạ – cụ thể là Nickel-63 (Ni-63) hoặc trong tương lai có thể dùng Carbon-14, Tritium…

Nickel-63 phát ra hạt beta (electron năng lượng thấp).
Thời gian bán rã của Ni-63 là khoảng 100 năm, nên pin có thể duy trì dòng điện ổn định trong vài chục năm.

2. Cơ chế tạo điện:

Có hai công nghệ phổ biến:

a. Betavoltaic Effect (hiệu ứng beta-voltaic):

Giống như tấm pin mặt trời, nhưng thay vì ánh sáng chiếu vào chất bán dẫn thì ở đây là hạt beta (electron) bắn vào:

Một lớp đồng vị phóng xạ (ví dụ Ni-63) được đặt sát với bán dẫn p-n.
Hạt beta phát ra từ lớp phóng xạ đi vào bán dẫn, làm bật electron → tạo dòng điện.
Cấu trúc này giống một "solar cell chạy bằng phóng xạ".

b. Diamond battery (pin kim cương phóng xạ):

Cải tiến từ trên, lớp bán dẫn là kim cương nhân tạo pha tạp Boron, có khả năng:

Chịu nhiệt cao.
Trơ với phóng xạ.
Dẫn điện tốt khi bị kích thích bởi hạt beta.

Trong trường hợp pin của Betavolt, họ dùng lớp kim cương nhân tạo nano kết hợp Ni-63 → hiệu suất cao, bền và an toàn hơn.

3. Cấu trúc vật lý

Kích thước pin nhỏ, ví dụ: 1 cm³ cho 100 microwatt (của Betavolt).
Gồm nhiều lớp:
- Lõi phóng xạ (Ni-63)
- Lớp bán dẫn (thường là silicon, GaN, hoặc kim cương nhân tạo)
- Vỏ bảo vệ phóng xạ (kim loại, hợp kim chịu nhiệt…)

4. Hiệu suất & ưu nhược điểm

Yếu tố	Đặc điểm
Công suất	Nhỏ (tính bằng microwatt đến watt)
Thời gian hoạt động	10 – 100 năm
Hiệu suất chuyển đổi	Thường từ 1% – 10% (đang cải thiện)
Phóng xạ đầu ra	Cực thấp, bị hấp thụ hoàn toàn nội bộ
Nhiệt sinh ra	Ít, dễ tản

5. An toàn ra sao?

Hạt beta không xuyên được qua lớp bảo vệ vài mm, nên không gây nguy hiểm nếu pin không bị phá hủy.
Khi dùng kim cương nhân tạo, vật liệu này gần như miễn nhiễm với phóng xạ và không cháy nổ.
Khi hết vòng đời → phải thu gom và xử lý như chất thải hạt nhân mức thấp.

Pin hạt nhân 100 năm- Công nghệ đến từ tương lai của Trung Quốc