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 - Phong Vũ - 15/12/2019 04:00
(infogame.vn) - Nhà phát triển Fortnite Epic Games tiết lộ rằng họ sẽ chiếu đoạn phim trực tiếp về Star Wars: The Rise of Skywalker bên trong trò chơi.
Game online - Phong Vũ - 15/12/2019 03:00
(infogame.vn) - Tại The Game Awards, ngôi sao của Fast & Furious  Michelle Rodriguez đã công bố một trò chơi mới trong nhượng quyền thương mại sẽ ra mắt PC, PlayStation 4 và Xbox One.
Game online - T.X - 15/12/2019 09:15
(infogame.vn) - Hai tựa game nhập vai mới lần này thuộc 2 thể loại khác nhau.
Game online - Phong Vũ - 14/12/2019 02:00
(infogame.vn) - Theo Amazon, New World là một game MMO thế giới mở được thiết lập trong Thế kỷ thám hiểm thế kỷ thứ 17.
Game online - Phong Vũ - 10/12/2019 09:30
(infogame.vn) - Lợi ích của trò chơi đám mây bao gồm chạy các trò chơi có yêu cầu hệ thống cao trên các hệ thống có thông số kỹ thuật thấp mà không cần tải xuống ứng dụng khách vì tất cả dữ liệu đang được internet mang theo.
Game online - Phong Vũ - 09/12/2019 11:00
(infogame.vn) - Sau hàng loạt những sự kiện đầy thú vị và hấp dẫn, nhất là phải kể đến bom tấn ra mắt cầu thủ Việt Nam. FIFA Online 4 tiếp tục cho ra mắt sự kiện OTW Locker Room - sự kiện chào mừng mùa thẻ mới nhất của họ là Ones To Watch.
Game online - Phong Vũ - 08/12/2019 11:30
(infogame.vn) - Ra mắt thị trường web game Việt từ năm 2014 bởi SLG, One Piece Online đã chiếm được nhiều cảm tình của game thủ Việt Nam, đặc biệt là những game thủ yêu thích tựa truyện tranh manga cùng tên nổi tiếng.
Game online - Phong Vũ - 07/12/2019 01:00
(infogame.vn) - Những hình ảnh mới được tiết lộ cho thấy thế giới quan, các nhân vật và sinh vật của DokeV cũng như video đầu tiên về môi trường trong trò chơi.
GAME OFFLINE - Phong Vũ - 15/12/2019 17:00
(infogame.vn) - Trước đó, kỷ lục này thuộc một trong những người tiền nhiệm, Super Smash Bros. Brawl
GAME ONLINE - Phong Vũ - 15/12/2019 16:00
(infogame.vn) - Nhà phát triển Fortnite Epic Games tiết lộ rằng họ sẽ chiếu đoạn phim trực tiếp về Star Wars: The Rise of Skywalker bên trong trò chơi.
CỘNG ĐỒNG 360 - T.X - 15/12/2019 15:16
(infogame.vn) - ộng đồng mạng đang lan tỏa hình ảnh được cho là cắt từ đoạn video nhạy cảm của Ngân 98.
GAME ONLINE - Phong Vũ - 15/12/2019 15:00
(infogame.vn) - Tại The Game Awards, ngôi sao của Fast & Furious  Michelle Rodriguez đã công bố một trò chơi mới trong nhượng quyền thương mại sẽ ra mắt PC, PlayStation 4 và Xbox One.
CỘNG ĐỒNG - - 15/12/2019 14:45
Khả năng nấu nướng của bà Tân Vlog vẫn luôn là điều khiến cư dân mạng băn khoăn.
GAME ONLINE - T.X - 15/12/2019 09:15
(infogame.vn) - Hai tựa game nhập vai mới lần này thuộc 2 thể loại khác nhau.
CÔNG NGHỆ - Theo Zing.vn - 15/12/2019 09:14
Phí kích hoạt eSIM trên Apple Watch là 150.000 đồng, phí duy trì 25.000 đồng/tháng.
CÔNG NGHỆ - Theo Zing.vn - 15/12/2019 09:13
Cristiano Amon, Chủ tịch tập đoàn Qualcomm khẳng định họ và Apple đang hợp tác để hoàn thành càng nhiều công việc càng tốt, với thời gian nhanh nhất có thể.
ESPORTS - Theo Helino - 15/12/2019 09:11
Năm 2020 tới các game thủ sẽ được thưởng thức nhiều game online hay ho trên nền tảng PC.
CÔNG NGHỆ - Theo Zing.vn - 15/12/2019 09:10
Samsung vừa ra mắt Galaxy A51 tại Việt Nam, đại diện cho thế hệ dòng A 2020, tập trung đột phá tính năng camera macro, thiết kế hiện đại, hướng đến người dùng trẻ.
CỘNG ĐỒNG - Theo Helino - 15/12/2019 09:08
Quan điểm sống của Pewpew cũng khá rõ ràng.
ESPORTS - Theo Lienminh360 - 15/12/2019 09:06
Một phiên bản có quá nhiều trang phục
GAME MOBILE - Theo Helino - 15/12/2019 09:03
Với bản cập nhật mới quy mô này, Bluehole đang rất hy vọng có thể níu kéo người chơi ở lại với PUBG.
CỘNG ĐỒNG - - 14/12/2019 15:00
Nghị sĩ Duncan Hunter đã phải trả giá đắt vì hành vi bòn rút quỹ vận động tranh cử trong nhiều năm liền.
CÔNG NGHỆ - Hải Đăng - 14/12/2019 14:35
Quy mô thị trường nhỏ và người chơi chưa chịu chi nên hầu hết các nhà phát triển game trong nước đều nhắm đến người dùng ở nước ngoài.
Xem thêm