Tàu vũ trụ Voyager 1 và Voyager 2 là những thành tựu kỹ thuật vĩ đại nhất của nhân loại, những sứ giả đã vượt ra khỏi rìa Hệ Mặt Trời và đi vào không gian giữa các vì sao. Để thực hiện hành trình kéo dài hàng thập kỷ đó, chúng cần một nguồn năng lượng bền bỉ, đáng tin cậy và không phụ thuộc vào ánh sáng Mặt Trời. Giải pháp chính là một thiết bị gọi là Máy phát nhiệt điện đồng vị phóng xạ (RTG).
Vậy tại sao một công nghệ phi thường như vậy lại không được ứng dụng phổ biến trên Trái Đất? Câu trả lời nằm ở chi phí, hiệu quả, sự nguy hiểm tiềm tàng, và quan trọng nhất, là bài học xương máu từ sự sụp đổ của Liên Xô.
"Trái Tim" Nguyên Tử Đơn Giản Mà Mạnh Mẽ
Về cơ bản, công nghệ RTG trên tàu Voyager hoạt động một cách khá đơn giản. Nguồn năng lượng của nó là Plutonium-238, một đồng vị phóng xạ có chu kỳ bán rã khoảng 87,7 năm.
Phát nhiệt: Khi Plutonium-238 phân rã, nó giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt một cách ổn định và liên tục, khiến khối vật liệu này nóng đỏ rực rỡ.
Chuyển đổi nhiệt-điện: Nhiệt lượng này được dẫn qua một thiết bị gọi là cặp nhiệt điện (thermocouple). Khi có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hai đầu của cặp nhiệt điện (một đầu nóng gắn với khối plutonium, đầu kia lạnh hơn được nối với bộ tản nhiệt), nó sẽ tạo ra một dòng điện.
Đây là một cách tuyệt vời để cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ vì nó không có bộ phận chuyển động, cực kỳ bền bỉ và có thể hoạt động trong nhiều thập kỷ ở những nơi xa xôi nhất, lạnh lẽo nhất. Tuy nhiên, khi xem xét việc áp dụng nó trên Trái Đất, những ưu điểm này nhanh chóng bị lu mờ bởi các nhược điểm chết người.
Những Rào Cản Khi Mang RTG Về Trái Đất
1. Hiệu Suất Cực Thấp và Chi Phí Khổng Lồ
Công nghệ RTG cực kỳ kém hiệu quả. Các RTG được sử dụng trên mỗi tàu Voyager chỉ tạo ra khoảng 157 watt điện khi mới được phóng đi. Để làm được điều đó, mỗi chiếc cần khoảng 10kg Plutonium-238, và mỗi tàu vũ trụ cần đến ba chiếc như vậy (tổng cộng gần 30kg).
Để dễ hình dung, một chiếc lò nướng bánh mì thông thường cần khoảng 1.200 - 1.500 watt. Bạn sẽ cần gần chín cỗ máy RTG của Voyager chỉ để nướng một lát bánh mì, và lượng nhiệt thải khổng lồ từ quá trình này sẽ là một vấn đề cực kỳ lớn. Thêm vào đó, việc sản xuất Plutonium-238 là một quá trình vô cùng tốn kém và phức tạp.
2. Rủi Ro An Toàn và Nguy Cơ Phổ Biến Hạt Nhân
Bức xạ do Plutonium-238 phát ra chủ yếu là hạt alpha, loại bức xạ này có sức xuyên phá yếu và có thể dễ dàng bị chặn lại bởi một tờ giấy hay thậm chí là lớp da người. Điều này khiến nó tương đối an toàn khi làm việc xung quanh.
Tuy nhiên, mối nguy hiểm thực sự xuất hiện khi Plutonium-238 bị hít vào hoặc nuốt phải. Dù chỉ một lượng nhỏ bụi plutonium trong phổi hay hệ tiêu hóa cũng có thể gây ra bệnh ung thư. Hơn nữa, bất kỳ lò phản ứng nào có khả năng tạo ra Plutonium-238 cho mục đích năng lượng đều có khả năng được điều chỉnh để tạo ra Plutonium-239, lõi của bom hạt nhân. Việc phổ biến công nghệ này trên toàn cầu sẽ làm gia tăng đáng kể nguy cơ phổ biến vũ khí hạt nhân, một viễn cảnh mà không ai mong muốn.
Bài Học Đắt Giá Từ Liên Xô
Trong khi thế giới phương Tây chỉ sử dụng RTG cho các ứng dụng không gian đặc biệt, Liên Xô cũ lại có một cách tiếp cận hoàn toàn khác. Họ đã sản xuất hàng loạt các máy phát RTG và triển khai hơn 1.000 chiếc khắp Bắc Cực của Nga để cung cấp năng lượng cho các ngọn hải đăng, trạm thời tiết và các cơ sở quân sự không người lái.
Tuy nhiên, họ không tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn hiện đại. Nhiều chiếc RTG của Liên Xô sử dụng Strontium-90, một đồng vị phóng xạ nguy hiểm hơn nhiều:
Nguy cơ sinh học: Về mặt hóa học, Strontium rất giống với Canxi. Khi rò rỉ ra môi trường, nó có thể đi vào chuỗi thức ăn. Sinh vật sống, bao gồm cả con người, sẽ hấp thụ Strontium-90 và tích hợp nó vào xương, dẫn đến ung thư xương và bệnh bạch cầu.
Di sản bị bỏ rơi: Sau khi Liên Xô sụp đổ, hàng trăm chiếc RTG này đã bị bỏ mặc, hết hạn sử dụng nhưng vẫn còn cực kỳ nguy hiểm trong khoảng một nghìn năm tới. Nhiều thiết bị đã bị mất hoặc không được kiểm kê. Một chiếc bị đánh cắp đã tan chảy qua lớp băng trên một hồ nước. Nhiều chiếc khác bị hư hỏng, phá hoại, làm rò rỉ chất phóng xạ độc hại ra môi trường Bắc Cực mỏng manh.
Kinh nghiệm của Liên Xô đã chứng minh một cách rõ ràng rằng: việc triển khai hàng loạt các nguồn năng lượng phóng xạ không được kiểm soát chặt chẽ là một ý tưởng tồi tệ, một thảm họa đang chờ đợi để xảy ra. Dù về mặt lý thuyết nó là một giải pháp năng lượng lâu dài, nhưng trên thực tế, nó là một quyết định không hề khôn ngoan.
