Buzz
Chất thải hạt nhân, từng bị xem là mối nguy hiểm, nay trở thành chìa khóa mở ra cơ hội mới cho sự khám phá vũ trụ của loài người.
Trong hành trình vươn tới không gian, một trong những thử thách lớn nhất mà con người phải đối mặt không chỉ là công nghệ tên lửa hay kỹ thuật hạ cánh chính xác, mà còn là việc duy trì nguồn năng lượng bền vững cho các thiết bị trong môi trường khắc nghiệt của vũ trụ.
NASA đã sử dụng các hệ thống năng lượng đồng vị phóng xạ (RPS) trong nhiều năm để cấp điện cho tàu thăm dò, xe tự hành và tàu đổ bộ. Tuy nhiên, nguồn nhiên liệu phổ biến là plutonium-238 (Pu-238) hiện đang ngày càng khan hiếm, dẫn đến nhu cầu tìm kiếm các giải pháp thay thế.
Và câu trả lời bất ngờ đến từ chính chất thải hạt nhân, cụ thể là curium-241 (Am-241), một đồng vị trước đây bị coi là phế phẩm nguy hiểm.
Zeno Power, công ty khởi nghiệp chuyên về năng lượng hạt nhân ở Washington, đã hợp tác cùng Orano, tập đoàn Pháp, để biến ý tưởng này thành hiện thực. Theo thỏa thuận chiến lược mới ký kết, Orano sẽ cung cấp Am-241 từ hoạt động tái chế chất thải hạt nhân tại cơ sở La Hague, Normandy.
Zeno Power sẽ sử dụng nguồn nhiên liệu này để phát triển các hệ thống RPS mới phục vụ các sứ mệnh thám hiểm Mặt Trăng và vươn xa hơn nữa. Đây được coi là một bước ngoặt quan trọng, vừa giải quyết vấn đề môi trường, vừa đảm bảo nguồn cung cấp nhiên liệu ổn định cho ngành công nghiệp vũ trụ.
Curium-241: một giải pháp thay thế bền vững cho Pu-238
Trong suốt nhiều thập kỷ, Pu-238 đã là nguồn năng lượng chủ yếu trong các sứ mệnh không gian. Đồng vị này đã cấp điện cho các tàu thăm dò nổi tiếng như Voyager, Cassini, Galileo và hiện vẫn cung cấp năng lượng cho các tàu thám hiểm Curiosity và Perseverance trên Sao Hỏa.
Tuy nhiên, sản lượng Pu-238 trên toàn cầu hiện nay rất hạn chế và chi phí sản xuất của nó lại rất cao. Mỹ đã phải tái khởi động dây chuyền sản xuất Pu-238 vào đầu thập niên 2010, nhưng số lượng vẫn không đủ đáp ứng nhu cầu ngày càng gia tăng.
Trong khi đó, Am-241 lại sở hữu những ưu điểm vượt trội. Đầu tiên, chu kỳ bán rã của Am-241 kéo dài hơn 430 năm, lâu gấp nhiều lần so với 87,7 năm của Pu-238. Điều này có nghĩa là các hệ thống năng lượng sử dụng curium có thể hoạt động ổn định trong nhiều thập kỷ, thậm chí hàng thế kỷ, rất lý tưởng cho các sứ mệnh thám hiểm liên hành tinh, nơi khoảng cách và thời gian di chuyển cực kỳ lớn đòi hỏi sự bền bỉ tuyệt đối.
Thứ hai, Am-241 là sản phẩm tự nhiên từ quá trình phân rã của chất thải hạt nhân đã qua sử dụng. Điều này có nghĩa là thay vì phải chi hàng tỷ USD để sản xuất từ đầu, các nhà khoa học có thể thu hồi trực tiếp từ quá trình tái chế. Đây là cách tiếp cận bền vững, vừa giảm thiểu chất thải phóng xạ tồn đọng, vừa chuyển hóa chúng thành nguồn tài nguyên quý giá.
Thứ ba, Am-241 có tiềm năng giúp giảm sự phụ thuộc vào Pu-238, vốn đang dần trở thành 'nút thắt cổ chai' trong các tham vọng không gian. Việc đa dạng hóa nguồn nhiên liệu sẽ giúp NASA và các cơ quan vũ trụ khác có thêm sự linh hoạt khi thiết kế và triển khai các sứ mệnh trong tương lai.
Vai trò quan trọng trong các sứ mệnh thám hiểm Mặt Trăng
Chương trình Artemis của NASA nhằm mục đích đưa con người quay lại Mặt Trăng và xây dựng sự hiện diện lâu dài tại đó, như một nền tảng tiến tới Sao Hỏa. Tuy nhiên, bề mặt Mặt Trăng lại rất khắc nghiệt.
Một đêm trên Mặt Trăng kéo dài khoảng 14 ngày Trái Đất, và nhiệt độ có thể giảm xuống mức âm 170°C. Trong điều kiện khắc nghiệt này, các tấm pin Mặt Trời không thể hoạt động, còn pin truyền thống thì sẽ nhanh chóng cạn kiệt.
RPS sử dụng Am-241 chính là giải pháp lý tưởng. Nguồn năng lượng hạt nhân này có thể duy trì nhiệt và điện suốt cả đêm dài, giúp xe tự hành, tàu đổ bộ và các trạm nghiên cứu không bị 'chết đứng' vì lạnh giá.
Không chỉ vậy, chúng còn rất hữu ích ở những khu vực luôn nằm trong bóng tối, như các hố sâu ở cực nam Mặt Trăng, nơi được cho là chứa lượng băng nước khổng lồ. Khai thác băng ở đó chính là chìa khóa để tạo nhiên liệu cho tên lửa và cung cấp nước uống cho phi hành gia, nhưng điều này chỉ có thể thực hiện nếu có nguồn năng lượng ổn định để vận hành thiết bị.
Đặt nền tảng cho thám hiểm liên hành tinh
Mặc dù Mặt Trăng là bước thử nghiệm, nhưng Sao Hỏa và những điểm xa hơn mới là mục tiêu dài hạn. Khoảng cách giữa Trái Đất và Sao Hỏa dao động từ 55 đến hơn 400 triệu km, nghĩa là mỗi sứ mệnh có thể kéo dài hàng năm, thậm chí hàng thập kỷ. Trong những chuyến hành trình như vậy, độ tin cậy và tuổi thọ dài của Am-241 sẽ phát huy tối đa giá trị.
Ngoài việc cung cấp năng lượng cho các thiết bị thám hiểm, Am-241 còn có thể mở ra cơ hội cho công nghệ đẩy hạt nhân, giúp rút ngắn thời gian di chuyển giữa các hành tinh. Với khả năng cung cấp điện trong suốt nhiều thế kỷ, đồng vị này đủ sức hỗ trợ các sứ mệnh dài hạn, nơi khoảng cách xa xôi khiến việc tiếp nhiên liệu hay bảo trì gần như bất khả thi.
Chuyển hóa chất thải thành tài nguyên chiến lược
Điều đặc biệt nhất trong thỏa thuận hợp tác giữa Zeno và Orano không chỉ nằm ở khía cạnh công nghệ, mà còn là một minh chứng rõ ràng cho mô hình kinh tế tuần hoàn. Thay vì xem chất thải hạt nhân như một gánh nặng, các nhà khoa học đang khai thác giá trị tiềm ẩn của chúng. Thông qua việc tái chế, Am-241 được thu hồi để phục vụ những mục đích cao cả: thám hiểm vũ trụ, mở rộng giới hạn hiểu biết của loài người và thúc đẩy công nghệ năng lượng sạch.
Corinna Spilios, Phó Chủ tịch phụ trách tái chế của Orano, khẳng định: " Việc thu hồi curium-241 cho thấy tái chế chất thải hạt nhân không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn mở ra những ứng dụng tiên tiến. Đây là minh chứng cho việc biến những gì từng bị coi là phế phẩm thành nền tảng cho bước tiến công nghệ của nhân loại. "
Với sự hợp tác giữa Zeno và Orano, NASA sẽ có thêm một lựa chọn chiến lược để đảm bảo nguồn năng lượng ổn định cho các sứ mệnh sắp tới. Nếu thành công, Am-241 sẽ trở thành yếu tố chủ chốt trong việc biến những giấc mơ viễn tưởng như căn cứ thường trú trên Mặt Trăng hay các chuyến thám hiểm Sao Hỏa thành hiện thực.
