Nhật Bản đã bắt tay vào một sứ mệnh phát triển hệ thống pin có khả năng liên tục tạo ra điện trong vòng một thế kỷ dưới những điều kiện khắc nghiệt của không gian vũ trụ.

Những loại pin có thời gian hoạt động dài và không cần bảo trì được kỳ vọng sẽ đóng vai trò quan trọng không chỉ trong các dự án trên Mặt trăng mà còn trong các sứ mệnh thám hiểm không gian xa, vượt khỏi sao Mộc, nơi ánh sáng Mặt trời yếu hơn.

Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Nhật Bản (JAEA) đã ký một thỏa thuận với Cơ quan Thám hiểm Hàng không Vũ trụ Nhật Bản (JAXA) vào tháng 3 nhằm phát triển một hệ thống pin đặc biệt sử dụng chất phóng xạ có tên là americium.

“Chúng tôi tin rằng dự án này khả thi, dù hiện vẫn đang đối mặt với nhiều thách thức,” ông Masahide Takano, nhà nghiên cứu cấp cao của JAEA cho biết. “Chúng tôi sẽ trình làng một nguồn điện nhỏ gọn, có thể sử dụng thực tế mà không cần bảo trì trong suốt hơn 100 năm.”

Nguồn điện này sẽ hoạt động dựa trên những cơ chế khác biệt so với pin mặt trời hay các loại pin thông thường sử dụng trên Trái đất.

Để sử dụng trên Mặt trăng, loại pin này phải chịu được biến động nhiệt độ từ 110 độ C vào ban ngày đến âm 170 độ C vào ban đêm. Mỗi chu kỳ ngày và đêm trên Mặt trăng kéo dài hai tuần.

Americium là một nguyên tố được tạo ra khi plutonium trong nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng phân rã tự nhiên. Chất này không thường xuyên xảy ra phản ứng phân hạch liên tục, do đó không cần được kiểm soát nghiêm ngặt như plutonium.

Americium có thể được tìm thấy trong plutonium do JAEA lưu trữ tại Nhật Bản phục vụ mục đích nghiên cứu. Với chu kỳ bán rã kéo dài 432 năm, americium từ lâu bị coi là không có giá trị trong việc tạo ra năng lượng.

Tuy nhiên, gần đây JAEA đã phát hiện khả năng sinh nhiệt liên tục của americium thông qua quá trình phân rã hạt nhân có thể được khai thác cho mục đích phát điện.

JAEA hiện đang tìm cách kết hợp americium với công nghệ phát điện dựa trên sự chênh lệch nhiệt độ để tạo ra một loại pin mới.

Một thách thức là làm sao để hệ thống pin này đủ nhỏ gọn và nhẹ để lắp lên tàu thăm dò vũ trụ, đồng thời đủ bền để chịu được va đập và nhiệt lượng nếu tên lửa phóng bị nổ.

Việc nghiên cứu kỹ lưỡng các kỹ thuật xử lý chất phóng xạ từ xa cũng như các yếu tố pháp lý liên quan cũng là điều không thể thiếu.

JAEA đã từng dùng americium để thắp sáng một đèn LED trong thử nghiệm.

Nhận được hỗ trợ tài chính từ Quỹ Chiến lược Không gian thuộc chính phủ Nhật, JAEA đang hướng tới việc hoàn thành nguyên mẫu thiết bị có kích thước tương đương hộp sữa bột trẻ em vào năm 2029.

Một kỹ thuật viên đang thử nghiệm hệ thống pin sử dụng americium từ xa. Ảnh: JAEA