Plutonium-238 được sản xuất trở lại sau gần 30 năm chờ đợi

Lần đầu tiên trong gần 30 năm qua, các nhà khoa học ở Mĩ đã tạo ra được chất bột plutonium-238, một cột mốc quan trọng mà theo họ sẽ đưa nước Mĩ tiến tới lộ trình cấp nhiên liệu cho các sứ mệnh thám hiểm vũ trụ xa xôi của NASA.

Plutonium-238 (Pu-238) là một nguyên tố phóng xạ, và khi phân hủy, hay phân rã thành uranium-234, nó giải phóng nhiệt. Nhiệt lượng đó có thể khai thác làm nguồn cấp năng lượng; chẳng hạn, khoảng 30 sứ mệnh vũ trụ, trong đó có phi thuyền Voyager, phi thuyền thám hiểm các hành tinh nhóm ngoài của hệ mặt trời hồi thập niên 1970, hoạt động dựa trên dạng oxide của đồng vị plutonium. (Một đồng vị là một nguyên tử của một nguyên tố có số neutron khác.)

Plutonium-238 được sản xuất trở lại sau gần 30 năm chờ đợi

Các nhà khoa học trộn neptunium oxide với nhôm và ép hỗn hợp thành dạng viên. Sau đó, họ chiếu xạ các viên nén này để tạo ra neptunium-238, đồng vị nhanh chóng phân rã thành plutonium-238. Ảnh: Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge

Thời Chiến tranh Lạnh, Nhà máy điện hạt nhân Savannah River ở bang Nam Carolina là nơi sản xuất Pu-238. “Các lò phản ứng đó ngừng hoạt động vào năm 1988, và nước Mĩ không còn khả năng tạo ra vật liệu mới kể từ đó,” theo lời Bob Wham, người phụ trách dự án cho Cục An ninh Hạt nhân và Công nghệ Đồng vị tại Phòng thí nghiệm quốc gia Oak Ridge thuộc Bộ Năng lượng Hoa Kì (DOE).

Sau khi Mĩ ngừng sản xuất Pu-238, Nga là quốc gia cung ứng đồng vị này cho các sứ mệnh vũ trụ. Tuy nhiên, Nga cũng đã ngừng sản xuất đồng vị Pu-238. Cách đây hai năm, NASA bắt đầu tài trợ một nỗ lực mới nhằm sản xuất plutonium-238, chi khoảng 15 triệu USD mỗi năm cho Ban Năng lượng Hạt nhân thuộc DOE.

Plutonium-238 là nguồn cung năng lượng lí tưởng cho các sứ mệnh vì một số nguyên do, ví dụ như chu kì bán rã của nó là khoảng 88 năm. Chu kì bán rã là thời gian cần thiết cho một nửa số lượng nguyên tử của nguyên tố phân rã. Điều đó có nghĩa là công suất tỏa nhiệt của đồng vị sẽ không giảm trong khoảng thời gian 88 năm. Plutonium-239, có chu kì bán ra 24.110 năm, là đồng vị được tạo ra dồi dào nhất từ uranium trong các lò phản ứng hạt nhân, theo Hiệp hội Hạt nhân Thế giới.

Ngoài ra, “Pu-238 bền ở nhiệt độ cao, có thể tỏa nhiệt theo từng lượng nhỏ và phát ra hàm lượng bức xạ tương đối thấp dễ dàng che chắn được, vì thế các trang thiết bị thiết yếu cho sứ mệnh không bị ảnh hưởng,” Wham cho biết.

Wham và các đồng sự của ông đã tạo ra được 50 gram (1,8 ouce) Pu-238.

Vì các nhà khoa học đang sử dụng hạ tầng hiện có tại Bộ Năng lượng, nên họ cần cải tiến quá trình sản xuất plutonium. “Chẳng hạn, DOE hiện đang sử dụng các lò phản ứng nghiên cứu nhỏ hơn các lò tại nhà máy Savannah River. Do đó, chúng tôi cần cải tiến công nghệ để hoạt động được trong khuôn khổ các lò đang hoạt động hiện nay,” Wham nói.

Tiếp theo, các nhà khoa học sẽ kiểm tra độ tinh khiết của mẫu và tăng quy mô của quá trình sản xuất.

“Một khi chúng tôi tự động hóa và tăng quy mô quá trình, nước Mĩ sẽ có khả năng sản xuất lâu dài các hệ thống năng lượng đồng vị phóng xạ, ví dụ như các hệ thống được NASA sử dụng cho các sứ mệnh thám hiểm vũ trụ xa xôi,” Wham nói.

Sứ mệnh NASA tiếp theo có kế hoạch sử dụng nguồn năng lượng đồng vị phóng xạ như thế là xe tự hành Mars 2020, dự kiến sẽ rời bệ phóng vào tháng 7 năm 2020. Xe tự hành Mars 2020 sẽ được thiết kế nhằm tìm kiếm các dấu hiệu của sự sống trên Hành tinh Đỏ, thu gom đá và các mẫu đất để thử nghiệm trên Trái đất, và nghiên cứu công nghệ cho sự thám hiểm vũ trụ có con người.

Nguồn: LiveScience

Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Downlaod video thí nghiệm

Các bài khác


Trung tâm từ trường của Ngân Hà
20/06/2019
Từ trường ở vùng trung tâm thiên hà Ngân Hà (Milky Way) của chúng ta trông như thế nào? Để trả lời câu hỏi này, đài quan
NGC 4676: Đôi Chuột Mờ Sương
20/06/2019
Hai thiên hà mờ sương này đang hút lấy nhau. Gọi là The Mice (Song Tý) vì chúng đều có đuôi dài, mỗi thiên hà xoắn ốc lớn
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 8)
20/06/2019
ĐỊNH NGHĨA CHO Ý THỨC Tôi đã lấy chút ít mảnh nhỏ từ các mô tả trước đây về ý thức trong các lĩnh vực thần kinh và
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 7)
20/06/2019
AI CHỊU TRÁCH NHIỆM? Một người đã dành nhiều thời gian và thực hiện nhiều nghiên cứu để hiểu được vấn đề của tiềm
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 58)
19/06/2019
Sao quark Các sao neutron được chống đỡ kháng lại lực hấp dẫn bởi một lực gọi là áp lực suy thoái neutron. Tính chất
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 57)
18/06/2019
Cái chết của các sao Các nhà thiên văn tìm kiếm các vụ nổ siêu tân tinh để đo tốc độ dãn nở của Vũ trụ, bởi vì những
Nam châm siêu dẫn lập kỉ lục 45,5 tesla
17/06/2019
Các nhà khoa học vừa chế tạo được nam châm siêu dẫn mạnh nhất thế giới, có khả năng tạo ra cảm ứng từ mạnh kỉ lục
Cẩm nang thám hiểm vũ trụ (Phần 26)
17/06/2019
SỰ RA ĐỜI CỦA CÁC SAO Các sao từ đâu mà có? Câu chuyện cơ bản là giống nhau với đa số sao, kể cả câu chuyện mà chúng ta

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com