Vì sao tàu vũ trụ bay cả trăm năm không hết nhiên liệu?

25/01/2019 21:55
Vì sao tàu vũ trụ bay cả trăm năm không hết nhiên liệu?

Nhờ vào nhiên liệu Pu-238, các con tàu vũ trụ có thể tự vận hành và bay mãi đến những nơi xa xôi trong hàng trăm năm.

Chính phủ Mỹ cho biết một con robot có thể giúp tạo ra nguồn cung plutonium-238 (Pu-238) lâu dài và đáng tin cậy cho các tàu thăm dò không gian của NASA.

Đây là vật liệu phóng xạ dùng để cung cấp năng lượng nhiệt điện cho các con tàu, đặc biệt là những tàu đi cực xa như New Horizons (đã qua khỏi sao Diêm Vương), Voyagers (hai tàu đã vượt ra khỏi Hệ mặt trời và đi vào không gian liên sao), Cassini (đang ở vành đai sao Thổ).

Năng lượng phóng xạ đáng tin cậy

Khi Pu-238 bán rã và sinh ra nhiệt năng, một thiết bị gọi là “Máy phát nhiệt điện bức xạ” sẽ thu nhận nhiệt năng của Pu-238 và chuyển thành điện năng nhờ vào quá trình nhiệt điện.

Vi sao tau vu tru bay ca tram nam khong het nhien lieu? hinh anh 1
Một khối plutonium-238 dioxide đang phát sáng do nhiệt độ cao. Ảnh: Wikipedia.

Do Pu-238 mất nhiều thế kỉ mới nguội trở lại, nhiệt năng của nó là nguồn năng lượng lâu dài cho những tàu thăm dò đi rất xa, đến những nơi mà ánh mặt trời không vươn tới nổi khiến các tấm pin mặt trời trở nên vô dụng.

Pu-238 là vật liệu nhân tạo, cũng là một trong những chất liệu quý hiếm nhất Trái đất. Trên thực tế, người ta đã ngừng sản xuất nó kể từ thời Chiến tranh lạnh bởi sự chấm dứt chạy đua hạt nhân. Do đó NASA chỉ còn đủ nhiên liệu cho 3 tàu thăm dò.

NASA đã lo ngại việc cạn kiệt nguồn cung Pu-238 từ những năm 1990, nhưng họ không thể kêu gọi đầu tư đủ để chế tạo một máy gia tốc lớn để sản xuất.

Đến 2012, với nguồn đầu tư 20 triệu USD mỗi năm, các đối tác của NASA đã hoàn tất giai đoạn nghiên cứu quá trình sản xuất Pu-238 mới, không cần đến các máy gia tốc khổng lồ và tốn kém như thời chiến tranh. Bộ năng lượng Mỹ hy vọng sẽ đáp ứng được nhu cầu 1,5 kg Pu-238 mỗi năm của NASA với chu trình mới bằng các robot hiện đại.

Vi sao tau vu tru bay ca tram nam khong het nhien lieu? hinh anh 2
Một công nhân đang nạp 3 lõi nhiệt điện bức xạ vào tàu Cassini. Ảnh: NASA.

Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge ở Tennessee cho biết họ đã chứng minh được tính hiệu quả của phương pháp mới, có thể nâng cao năng lực sản xuất lên gấp 8 lần so với trước đây nhờ vào một robot tự động.

Khó khăn trong sản xuất Pu-238

Oak Ridge đã sản xuất ra Plutonium cho NASA từ 2015, nhưng chỉ với một lượng nhỏ, khoảng 50 gram. Tuy vậy điều này chứng minh phòng thí nghiệm đã tạo ra công thức và các công cụ có thể chế tạo Pu-238.

Phòng thí nghiệm này cũng đưa ra một tuyên cáo báo chí rằng họ sẵn sàng để sản xuất 400 gram mỗi năm, gấp 8 lần trước đây.

Một tấm Pu-238 cần từ 28 - 36 tháng để sản xuất với nguồn nguyên liệu đầu vào là Neptunium-237. Neptunium-237 được nén thành viên trong các ống nhôm, đưa vào một lò phản ứng hạt nhân đặc biệt tại Oak Ridge tên gọi Lò phản ứng đồng vị thông lượng cao (High Flux Isotope Reactor - HFIR).

Sau vài tháng chịu tác động bởi dòng neutron của lõi lò phản ứng, một phần Neptunium-237 chuyển hóa thành Pu-238 (Pu-239 là nguyên liệu sản xuất bom hạt nhân, nhưng Pu-238 thì không).

Sau khi để vật liệu nguội lại trong nước vài tháng, người ta hòa tan chúng vào acid để tách ra bằng phương pháp hóa học, cuối cùng tinh lọc Pu-238 và thu hồi Neptunium-237 để tái sử dụng.

Tuy nhiên, một phần nhỏ Neptunium-237 phân rã trở thành Protactinium-233. Chất này hoạt động phóng xạ cực mạnh, phóng ra các tia gamma gây chết người. Do đó, thời gian làm việc của công nhân bị giới hạn, chỉ có vài kỹ sư đủ trình độ lẫn kĩ năng để sản xuất Pu-238.

Vi sao tau vu tru bay ca tram nam khong het nhien lieu? hinh anh 3
Bên trong lò phản ứng đồng vị thông lượng cao tại Oak Ridge. Ảnh: Oak Ridge National Laboratory.

Ngoài ra, sản xuất công nghiệp Pu-238 sẽ cần đến 20.000 - 25.000 viên nén Neptunium mỗi năm. Chưa kể việc làm đi làm lại một công việc tẻ nhạt trong bộ đồ bảo hộ nóng nực khiến người ta có thể phát điên.

Tăng tốc sản xuất

Để sản xuất nhiều hơn, các nhà khoa học đã chế tạo ra một robot tự động làm những việc con người bị giới hạn về cả thể chất và tinh thần.

Con robot được trang bị nhiều cánh tay đa năng giúp tăng tốc độ làm việc và an toàn hơn nhiều so với con người. Nó được thiết kế chuyên dụng để tiếp xúc và nén viên Neptunium-237, các công nhân chỉ việc đưa các viên nén này vào lò phản ứng.

Tuy khả năng sản xuất của phòng thí nghiệm vẫn chưa đáp ứng đủ cho NASA, các nhà khoa học tin rằng họ đang đi đúng hướng.

Với việc xây dựng thêm nhiều lò phản ứng tiên tiến phục vụ dân sự, bộ năng lượng Mỹ hy vọng có thể sản xuất 5 kg Pu-238 mỗi năm. Lượng nhiên liệu này là hành trang không thể thiếu cho những tàu thăm dò không gian xa xôi nhất mà loài người sẽ gửi đi trong tương lai.

Theo news.zing.vn

0 Bình luận
Game online - - 09/07/2020 02:00
Không khiến người chơi thất vọng, Đột Kích quyết tâm loại bỏ hack bằng hệ thống chống gian lận mới.
Game online - - 01/07/2020 10:30
Có lẽ chỉ những game thủ gắn bó với PUBG từ lúc tựa game mới ra mắt mới hiểu được hết ý nghĩa những bức ảnh này.
ESPORTS - Phong Vũ - 09/07/2020 15:00
(infogame.vn) - Volta Live - chế độ bóng đá đường phố đầy phóng khoáng và hấp dẫn của FIFA Online 4 đã chính thức sở hữu một diện mạo được nâng cấp toàn diện, bổ sung thêm nhiều tính năng quan trọng và hấp dẫn.
GAME ONLINE - - 09/07/2020 14:00
Không khiến người chơi thất vọng, Đột Kích quyết tâm loại bỏ hack bằng hệ thống chống gian lận mới.
CỘNG ĐỒNG - Phong Vũ - 09/07/2020 12:00
(infogame.vn) - Chương trình ‘Xạ thủ đua tài’ mùa 3 sẽ đưa loạt game thủ streamer nổi tiếng từ trò chơi ảo Esports ra đời thực, hứa hẹn cuốn hút mạnh mẽ các khán giả trẻ.
GAME MOBILE - Tiểu Vũ - 09/07/2020 10:30
(infogame.vn) - Cơn sốt chuyển thể tác phẩm kiếm hiệp Kim Dung sang tựa game mobile mà NPH Funtap chuẩn bị cho ra mắt làng game Việt trong tháng 7 tới đây, chính là Hoa Sơn Ngũ Tuyệt.
GAME MOBILE - Tiểu Vũ - 09/07/2020 10:00
(infogame.vn) - Giải đấu Đoạt Soái 1vs1 và Đỉnh Cao Quyết Đấu 3vs3 của Tuyệt Đỉnh Tam Quốc sẽ là một sân chơi thú vị, hấp dẫn nhất dành cho anh em game thủ, nơi tài thao lược cũng như chiến thuật tài tình sẽ mang đến vinh quang cho các đại nhân.
GAME MOBILE - Tiểu Vũ - 08/07/2020 15:30
(infogame.vn) - Vậy là, sau những buổi “gặp gỡ” tự phát, NPH Gamota đã chiều lòng game thủ Tam Quốc Liệt Truyện hết nấc khi quyết định tổ chức buổi Offline đầu tiên vào ngày 19/07 tới đây tại đầu cầu TP. Hồ Chí Minh.
GAME OFFLINE - - 08/07/2020 12:00
Assassin's Creed: Valhalla vẫn đang là chủ đề nhận được rất nhiều sự quan tâm của cộng đồng mạng.
GIFT CODE - Phong Vũ - 08/07/2020 08:30
(infogame.vn) - Hảo bằng hữu chớ quên ghé qua bài viết, nhận giftcode “ngon lành cành đào” mà chúng tôi đã chuẩn bị, đặc biệt chỉ dành cho ngày ra mắt của Vô Danh Kiếm nhé!
GAME MOBILE - Tiểu Vũ - 07/07/2020 15:00
(infogame.vn) - Là yếu tố vừa làm nên nét đẹp ngoại diện vừa tăng thêm sức mạnh trong quá trình trưởng thành của nhân vật, trạng bị luôn là mối quan tâm hàng đầu của game thủ. Đặc biệt, trang bị đôi khi còn giúp nhân vật tạo nên sự khác biệt giữa đám đông – điều này được thể hiện cực kỳ rõ nét trong game cung đấu ngôn tình Tỷ Muội Hoàng Cung.
GAME MOBILE - Phong Vũ - 07/07/2020 15:00
(infogame.vn) - Ngoài các cuộc hỗn chiến bang phái nảy lửa, Diễn tập Sinh tồn còn được coi là chế độ chơi sẵn sàng gây “kích thích” bất cứ game thủ nào của Kỷ Nguyên Huyền Thoại.
CỘNG ĐỒNG 360 - - 07/07/2020 10:00
Quần đùi Tesla nhanh chóng cháy hàng sau khi ra mắt.
GAME OFFLINE - - 07/07/2020 10:00
Chắc hẳn trong chúng ta, ai cũng đã từng phải trải qua ít nhất một lần với các tựa game săn bắn, hoang dã.
CỘNG ĐỒNG - Phong Vũ - 07/07/2020 09:00
(infogame.vn) - Những video sáng tạo và đạt yêu cầu sẽ được phát trên sóng livestream trực tiếp từ lượt về Vòng bảng APL 2020 vào ngày 3/7 tới.
GAME MOBILE - Tiểu Vũ - 06/07/2020 16:30
(infogame.vn) - Tròn 2 năm kể từ ngày đầu tiên ra mắt, cho tới nay Hiệp Khách Giang Hồ Mobile vẫn luôn là cái tên được giới game thủ Việt “ưu ái” dành nhiều tình cảm và sự yêu mến.
GAME MOBILE - Phong Vũ - 06/07/2020 14:00
(infogame.vn) - Sau hơn nửa năm ra mắt, tựa game tiếp theo của GTV đã thông báo về việc sẽ ngừng hoạt động trong thời gian tới.
Xem thêm