|
Để suy tôn hành tinh thứ bảy
- Bức khảm của người La Mă cổ
đại - Những quân bài bị xáo trộn -
Dự đoán thiên tài - Beccơren chờ trời
nắng - Những phát minh trong lán trại bỏ
hoang
Khó mà nói được rằng, nhà bác học
người Đức Martin Claprôt sẽ đặt
tên ǵ cho nguyên tố hoá học đă được
phát hiện vào năm 1789, nếu như trước
đó mấy năm không xảy ra một sự
kiện làm náo động tất cả mọi
giới trong xă hội: năm 1781, khi quan sát
bầu trời đầy sao bằng kính thiên văn
tự tạo của ḿnh, nhà thiên văn học
người Anh là Uyliam Hecsơn (William Herschel)
đă phát hiện ra một đám mây phát sáng mà
lúc đầu ông tưởng là sao chổi, nhưng
sau đó ông khẳng định là ḿnh đang nh́n
thấy một hành tinh mới mà từ trước
tới giờ chưa ai biết đến – hành
tinh thứ bảy của hệ mặt trời.
Để suy tôn vị thần trời trong
thần thoại cổ Hy Lạp, Hecsơn đă
đặt tên cho hành tinh mới này là Uran. Mang
ấn tượng sâu sắc về hiện tượng
này, Claprôt đă lấy tên của hành tinh
mới để đặt cho nguyên tố mà ông
vừa t́m ra.
Khoảng nửa thế kỷ sau đó, vào năm
1841, nhà hoá học người Pháp là Ơgien
Peligo (Eugene Peligo) đă lần đầu tiên
điều chế được urani kim loại.
Song giới công nghiệp vẫn tỏ ra thờ
ơ với nguyên tố nặng và tương
đối mềm đó. Các tính chất cơ
học của nó không lôi cuốn các nhà luyện
kim và các nhà chế tạo máy. Chỉ có
những người thợ thổi thuỷ tinh
ở xứ Bôhemi và những người làm
đồ sành sứ ở Xaxonia là sẵn ḷng
sử dụng oxit của kim loại này để
làm cho cốc chén có màu vàng lục đẹp
mắt hoặc để tạo ra những hoa văn
cầu kỳ màu nhung đen trang trí cho bát
đĩa.
Người La Mă cổ đại đă biết
đến “tài năng mỹ thuật” của các
hợp chất chứa urani. Trong các cuộc khai
quật tiến hành ở gần Napôli, người
ta đă t́m thấy những bức tranh tường
ghép bằng những mảnh thuỷ tinh có vẻ
đẹp kỳ diệu. Các nhà khảo cổ
học rất kinh ngạc v́ trải qua hai ngàn năm
mà thuỷ tinh vẫn không bị mờ đục.
Đem các mẫu thuỷ tinh này ra phân tích hoá
học th́ thấy chúng có urani oxit, nhờ vậy
mà bức tranh tường giữ được
màu sắc lâu bền đến thế. Tuy nhiên,
trong khi các oxit và muối của urani “làm
việc có ích cho xă hội”, th́ bản thân kim
loại này ở dạng nguyên chất lại
hầu như chẳng được ai quan tâm
đến.
Ngay cả các nhà bác học cũng chỉ quen
biết nguyên tố này một cách hời
hợt. Những hiểu biết về nó rất
nghèo nàn mà đôi khi lại hoàn toàn không đúng.
Chẳng hạn người ta cho rằng, khối
lượng nguyên tử của nó gần bằng
120. Khi Đ. I. Menđelêep xây dựng hệ
thống tuần hoàn th́ trị số này đă làm
rối mọi sự sắp xếp của ông:
theo các tính chất của ḿnh th́ urani hoàn toàn không
muốn được ghi vào bảng tuần hoàn
ở ô dành sẵn cho nguyên tố có khối lượng
nguyên tử như thế. Lúc bấy giờ,
bất chấp ư kiến của nhiều bạn
đồng nghiệp, nhà bác học đă
quyết định lấy trị số mới
cho khối lượng nguyên tử của urani là
240 rồi chuyển nó xuống cuối bảng.
Cuộc sống đă xác nhận sự đúng
đắn của nhà bác học vĩ đại:
khối lượng nguyên tử của urani
bằng 238,03.
Nhưng thiên tài của Đ. I. Menđelêep không
phải chỉ thể hiện ở chỗ đó.
Ngay từ năm 1872, trong khi đa số các nhà bác
học coi urani là một thứ “của nợ”
trên nền các nguyên tố quư, th́ người sáng
tạo ra hệ thống tuần hoàn đă
thấy trước tương lai sáng lạn
của nó. Ông viết: “Trong số tất cả
các nguyên tố hoá học đă được
biết đến th́ urani nổi bật lên v́ nó
có trọng lượng nguyên tử lớn
nhất … Sự tập trung trọng khối
ở urani cao hơn hẳn các chất đă
biết ắt phải kèm theo những đặc
tính ưu việt…
Vững tin ở một lẽ là việc nghiên
cứu urani kể từ cội nguồn thiên nhiên
của nó sẽ c̣n dẫn đến nhiều phát
minh mới, nên tôi mạnh dạn khuyên những
ai đang t́m đối tượng cho các
cuộc nghiên cứu mới th́ nên nghiên cứu
thật kỹ các hợp chất của urani”
Sau đó chưa đến một phần tư
thế kỷ, lời tiên đoán của nhà bác
học vĩ đại đă trở thành sự
thật : năm 1896, khi tiến hành thí nghiệm
với các muối của urani, nhà vật lư
học người Pháp là Hăngri Beccơren
(Antoine Henri Becquerel) đă hoàn thành một kỳ tích
xứng đáng được liệt vào hàng
những phát minh khoa học vĩ đại
nhất mà con người đă từng làm
được. Điều đó đă diễn
ra như thế này. Từ lâu, Beccơren đă
quan tâm đến hiện tượng lân quang
(tức là sự phát sáng) vốn có ở một
số chất. Một hôm, nhà bác học đă
quyết định sử dụng một trong các
muối của urani cho những thí nghiệm
của ḿnh. Trên tấm kính ảnh bọc
giấy đen, ông đặt một h́nh hoa văn
làm bằng kim loại có phủ một lớp
muối của urani, rồi đem tất cả ra
phơi dưới ánh năng chói chang để
cho sự phát lân quang càng mạnh càng tốt. Sau
đó bốn giờ, Beccơren cho hiện h́nh
tấm kính ảnh và thấy rơ trên đó
hiện lên bóng dáng rơ nét của h́nh hoa văn làm
bằng kim loại. Làm đi làm lại thí
nghiệm này nhiều lần, Beccơre vẫn thu
được kết quả như trước.
Ngày 24 tháng hai năm 1896, tại phiên họp
của viện hàn lâm khoa học Pháp, nhà bác
học đă thông báo rằng, nếu được
phơi sáng th́ hợp chất urani phát lân quang mà
ông nghiên cứu sẽ phát ra các tia không nh́n
thấy; các tia này thường xuyên đi qua
giấy đen và khử muối bạc trên kính
ảnh.
Hai ngày sau, Beccơren lại quyết định
tiếp tục các thí nghiệm, nhưng chẳng
may lúc đó trời u ám, mà không có ánh sáng th́ làm
sao có lân quang được. Bực ḿnh v́
thời tiết xấu, nhà bác học đă
cất các mẫu muối urani vào ngăn kéo bàn làm
việc cùng với những tấm phim dương
đă chuẩn bị sẵn nhưng chưa
chiếu sáng, rồi để chúng nằm ở
đó mấy ngày. Cuối cùng, đêm mùng 1 tháng
ba, gió đă xua tan những đám mây đen trên
bầu trời Pari và từ sáng sớm, những
tia nắng đă chiếu dọi xuống thành
phố bằng. Đang sốt ruột chờ
trời tạnh ráo, Beccơren đă vội vă
đến pḥng thí nghiệm lấy các tấm
phim dương ra khỏi ngăn kéo và đem phơi
nắng. Vốn là một nhà thực nghiệm
rất cẩn thận, nhưng trong giây phút
cuối cùng, ông đă quyết định cho
hiện h́nh các tấm phim dương, mặc
dầu theo nguyên tắc thông thường mà xét
th́ sau mấy ngày vừa qua, không thể xảy
ra điều ǵ đối với chúng, v́ chúng
nằm trong bóng tối, mà không được phơi
sáng th́ không một chất nào phát lân quang. Trong
khoảnh khắc ấy, nhà bác học đă không
ngờ rằng, chỉ vài giờ sau, những
tấm kính ảnh thông thường chỉ đáng
giá vài frăng lại có vinh dự trở thành
của quư vô giá đối với khoa học, c̣n
ngày 1 tháng ba năm 1896 th́ măi măi đi vào
lịch sử khoa học thế giới .
Những ǵ mà Beccơren nh́n thấy trên những
tấm kính ảnh vừa qua hiện h́nh đă làm
cho ông hết sức ngạc nhiên : bóng đen
của các mẫu đă hiện lên rơ ràng và
sắc nét trên lớp cảm quang. Có nghĩa là
sự phát lân quang xảy ra ngay chính tại đây,
chẳng phải nhờ cái ǵ cả. Nhưng lúc
ấy, muối urani phát ra những tia ǵ vậy ?
Nhà bác học đă làm đi làm lại các thí
nghiệm tương tự với các hợp
chất khác của urani, trong số đó có
cả những muối không có khả năng phát
lân quang hoặc đă nằm hàng năm ở
chỗ tối, nhưng lần nào cũng vậy,
h́nh mẫu vẫn hiện lên trên tấm kính
ảnh.
Beccơren đă nảy ra ư nghĩ, tuy chưa hoàn
toàn rơ ràng, rằng, urani là “thí dụ đầu
tiên của thứ kim loại bộc lộ
một tính chất tương tự như
sự phát lân quang không nh́n thấy”.
Cũng trong thời gian này, nhà hoá học người
Pháp là Hăngri Muatxan (Antoine Moissan) đă hoàn
thiện được phương pháp điều
chế urani kim loại tinh khiết. Beccơren
đă xin Muatxan một ít bột urani và đi
đến kết luận rằng, urani nguyên
chất phát xạ mạnh hơn nhiều so
với các hợp chất của nó, hơn
nữa, tính chất này của urani vẫn không
thay đổi trong những điều kiện làm
việc hết sức khác nhau, kể cả khi
nung rất nóng hoặc khi làm lạnh đến
nhiệt độ rất thấp.
Beccơren không vội vă công bố các kết
quả mới: ông đợi cho Muatxan thông báo
về các cuộc khảo cứu rất thú
vị của ḿnh. Đạo đức của nhà
khoa học bắt buộc phải làm như
vậy. Và đến ngày 23 tháng mười
một năm 1896, tại phiên họp của
viện hàn lâm khoa học Pháp, Muatxan đă báo cáo
về điều chế urani nguyên chất, c̣n
Beccơren th́ thuyết tŕnh về một tính
chất mới của nguyên tố này - đó là
sự biến đổi tự phát của các
nguyên tử urani kèm theo sự giải phóng năng
lượng bức xạ. Tính chất này
được gọi là tính chất phóng xạ.
Phát minh của Beccơren đă đánh dấu
sự mở đầu một kỷ nguyên
mới trong vật lư học – kỷ nguyên
chuyển hoá các nguyên tố. Từ đây, nguyên
tử không c̣n được coi là phân tử
đơn nhất và không thể phân chia. Con
đường đi vào chiều sâu của “viên
gạch nhỏ” xây dựng nên thế giới
vật chất đă được mở ra cho
khoa học.
Rơ ràng là hiện nay urani đă buộc các nhà
bác học phải chú ư đến ḿnh. Đồng
thời, một câu hỏi nữa đă khiến
họ phải quan tâm: phải chăng, chỉ
một ḿnh urani là có tính phóng xạ? Trong thiên
nhiên, liệu có thể có những nguyên tố
khác nữa mang tính chất này không ?
Các nhà vật lư học xuất sắc – hai
vợ chồng Pie Quyri (Pierre Curie) và Mari Xklođopxca
– Quyri (Marie Sklođopxca - Curie), đă giải
đáp được câu hỏi này. Nhờ
một khí cụ do chồng ḿnh chế tạo,
bà Mari Quyri đă nghiên cứu một số lượng
lớn các kim loại, khoáng vật và muối.
Công việc được tiến hành trong
những điều kiện khó khăn không
thể tưởng tượng nổi. Cái lán
gỗ bỏ hoang mà hai ông bà t́m thấy ở
một nhà thường dân Pari đă được
dùng làm pḥng thí nghiệm. Sau này, bà Mari Quyri
hồi tưởng lại : “ Đó là một
túp lều bằng ván có nền rải nhựa
đường và mái lớp kính không đủ
che mưa, thiếu mọi tiện nghi. Trong lều
chỉ có vài chiếc bàn gỗ cũ kỹ,
một cái ḷ bằng gang không đủ cung
cấp nhiệt, một tấm bảng đen mà
sao Pie thích sử dụng đến thế. Ở
đây không có tủ hút dùng cho thí nghiệm
với các chất khí độc, v́ thế mà
đă phải làm các thí nghiệm ấy ngoài
trời khi thời tiết cho phép hoặc nếu
làm trong nhà th́ phải mở toang hết các
cửa sổ”. Trong nhật kư của Pie Quyri có
chỗ ghi rằng, đôi khi, công việc
được tiến hành trong nhà lạnh đến
sáu độ.
Nhiều vấn đề này sinh ngay cả
với các vật liệu cần thiết. Với
số tiền ít ỏi của ḿnh, hai ông bà Quyri
không thể mua được lượng
quặng urani đủ dùng v́ quặng rất
đắt. Họ quyết định yêu cầu
chính phủ Áo bán rẻ cho ḿnh các chất
phế thải của quặng này, mà ở Áo người
ta đă lấy urani ra để dùng ở
dạng các muối vào việc nhuộm màu cho
đồ sứ và thuỷ tinh. Viện hàn lâm
khoa học Viên đă nhiệt tŕnh ủng hộ
hai nhà bác học: vài tấn phế liệu
quặng đă được chở đến
pḥng thí nghiệm của họ ở Pari.
Mari Quyri đă làm việc với một nghị
lực phi thường. Việc nghiên cứu các
loại vật liệu khác nhau đă xác nhận
sự đúng đắn của Beccơren – người
đă từng cho rằng, tính phóng xạ của
urani nguyên chất mạnh hơn so với bất
kỳ một hợp chất nào của nó.
Kết quả của hàng trăm lần thí
nghiệm đă khẳng định điều
đó. Tuy vậy, Mari Quyri vẫn tiếp tục
nghiên cứu thêm nhiều chất mới. Rồi
bỗng nhiên … Lại một điều bất
ngờ nữa ! Hai loại khoáng vật chứa
urani – chancolit và uranimit ở Bôhemi - đă tác
động đến khí cụ đo mạnh hơn
urani rất nhiều lần. Kết luận tự
nó nảy ra : trong hai loại quặng này có
chứa một nguyên tố nào đó chưa
biết, có khả năng phân ră phóng xạ c̣n
cao hơn cả urani. Để suy tôn đất nước
Ba Lan – quê hương của bà Mari Quyri, hai ông
bà đă gọi nguyên tố mới là poloni (trong
tiếng La tinh, nước Ba Lan được
gọi là Polonia).
Lại lao vào công việc, lại lao động
không biết mệt mỏi, rồi một
thắng lợi nữa lại đến : đă
t́m ra một nguyên tố mới nữa, có tính
phóng xạ mạnh hơn urani hàng trăm lần.
Các nhà bác học đă gọi nguyên tố này
là rađi mà theo tiếng La tinh, nghĩa là
“tia”.
Trong bách khoa toàn thư có nhầm lẫm chăng?
– Những thông báo gây chấn động sư
luận – Ư tưởng của “bọn
trẻ” – Lantan được lấy từ
đâu ra? – Chuyện xảy ra ở hiệu
cắt tóc – Lấy nơtron ở đâu? –
“Tính tham lam” có lợi – Có một “que
diêm”.
Trong một chừng mực nào đó, việc
phát hiện ra rađi đă làm cho giới khoa
học ít chú ư đến urani. Ngót bốn mươi
năm, urani không khuấy động tâm trí các
nhà bác học nhiều lắm, và trong suy nghĩ
của họ về kỹ thuật, ít khi nó
được đề cập đến. Trong
một tập sách của bộ bách khoa toàn thư
về kỹ thuật xuất bản năm 1934,
các tác giả đă khẳng định: “Urani
ở dạng nguyên tố không có công dụng
thực tế”. Bộ sách đồ sộ này
không phạm tội chống lại sự
thật, nhưng chỉ vài năm sau đó,
cuộc sống đă đính chính lại một
số điểm trong khái niệm về khả năng
của urani.
Đầu năm 1939 đă xuất hiện hai
bản thông báo khoa học. Thông báo thứ
nhất do Fređeric Jôlio – Quyri (Fréderic Joliot
Curie) gửi đến viện hàn lâm khoa học
Pháp với nhan đề “Chứng minh bằng
thực nghiệm về sự nổ vỡ
của các hạt nhân urani và thori dưới tác
động của nơtron”. Thông báo thứ hai
được đăng trong Tạp chí “Thiên
nhiên” xuất bản ở Anh với đầu
đề “Sự phân ră của urani dưới
tác động của nơtron: một dạng
mới của phản ứng hạt nhân”, mà
các tác giả của nó là hai nhà vật lư
học người Đức - Ôtto Frit (Otto Frisch)
và Liza Mâytne (Lisa Meitner). Cả hai thông báo đều
đề cập đến một hiện tượng
mới, xảy ra với hạt nhân của nguyên
tố nặng nhất là urani mà từ trước
tới giờ chưa ai biết đến.
Trước đó mấy năm, “bọn
trẻ” (nhóm các nhà vật lư học trẻ
tuổi, đầy tài năng, làm việc dưới
sự lănh đạo của Enricô Fecmi tại trường
đại học tổng hợp Roma, được
người ta gọi một cách thân t́nh như
vậy) đă đặc biệt quan tâm đến
urani. Môn vật lư nơtron vốn tàng trữ
nhiều điều mới lạ mà chưa ai
biết vốn là niềm say mê của các nhà bác
học này.
Người ta đă khám phá ra rằng, thông thường,
khi bị chùm nơtron bắn vào, hạt nhân
của nguyên tố này liền biến thành
hạt nhân của nguyên tố khác chiếm ô
tiếp theo trong hệ thống tuần hoàn. Nhưng
nếu bắn nơtron vào nguyên tố đứng
ở ô cuối cùng - ô thứ 92, tức là urani,
th́ sẽ ra sao? Khi đó phải xuất hiện
một nguyên tố đứng ở vị trí
thứ 93 – một nguyên tố mà ngay cả thiên
nhiên cũng không thể tạo ra được.
“Bọn trẻ” rất thích thú với ư tưởng
đó. Vậy th́ tại sao không lao vào t́m
hiểu xem nguyên tố nhân tạo kia là cái ǵ,
trông nó như thế nào, nó “xử sự” ra
sao ? Thế là họ liền bắn phá. Nhưng
điều ǵ đă xảy ra ? Trong urani đă
sinh ra không phải chỉ có một nguyên tố
phóng xạ như mọi người chờ đợi,
mà ít nhất là một chục nguyên tố.
Vậy là đă có một điều bí ẩn
ǵ đó trong cách “xử sự” của urani.
Enricô Fecmi gửi thông báo về việc này đến
một tạp chí khoa học. Có thể, ông cho
rằng nguyên tố thứ 93 đă được
tạo thành, nhưng không có bằng chứng
chính xác về điều đó. Mặt khác,
lại có những bằng chứng nói lên
rằng, trong urani bị bắn phá có mặt
những nguyên tố khác nào đó. Vậy là
những nguyên tố nào?
Iren Jôlio – Quyri – con gái của Mari Quyri, đă
cố gắng trả lời câu hỏi trên. Bà
đă lặp lại những thí nghiệm của
Fecmi và nghiên cứu kỹ lưỡng thành
phần khoa học của urani sau khi bị bắn
phá bằng nơtron. Kết quả lại bất
ngờ hơn : trong urani xuất hiện nguyên
tố lantan là nguyên tố nằm ở khoảng
giữa bảng tuần hoàn, nghĩa là cách
rất xa urani.
Cũng làm các thí nghiệm như vậy, các nhà
bác học người Đức là Ôtto Han (Otto
Hanh) và Friđric Stơratxman (Fridrich Strassman) đă
t́m thấy trong urani không những chỉ có lantan
mà c̣n có cả bari nữa. Thật là bí ẩn
này thiếp theo bí ẩn khác!
Han và Stơratxman đă thông báo với bạn
ḿnh là nhà vật lư học nổi tiếng Liza
Mâytne về thí nghiệm mà họ đă làm.
Đến đây, cùng một lúc nhiều nhà bác
học lớn muốn giải quyết vấn
đề urani. Đầu tiên là Fređeric Jôlio
– Quyri, sau đó là Liza Mâytne đều cùng đi
đến một kết luận : khi bị nơtron
bắn vào, hạt nhân urani dường như
bị vỡ làm hai mảnh. Điều đó
giải thích cho sự bất ngờ của lantan
và bari là các nguyên tố có khối lượng
nguyên tử xấp xỉ bằng một nửa
của urani.
Nhà vật lư học người Mỹ là Lui
Anvaret (Louis Alvarez) (sau này đă được trao
tặng giải thưởng Noben) đă bắt
gặp tin này vào một buổi sáng tháng giêng năm
1939 khi đang ngồi trên ghế cắt tóc. Ông
đang b́nh thản xem lướt qua một
tờ báo, bỗng nhiên, một đầu đề
khiêm tốn đập vào mắt ông : “Nguyên
tử urani đă bị phân chia thành hai
mảnh”. Sau một khoảnh khắc, trước
sự ngạc nhiên của người thợ
cắt tóc và những người đang chờ
đến lượt ḿnh, người khách
kỳ lạ này vụt chạy ra khỏi cửa
hiệu cắt tóc với cái đầu mới
húi được một nửa và chiếc khăn
choàng đang buộc chặt vào cổ, tung bay
phần phật trước gió. Không để ư
đến những khách qua đường đầy
kinh ngạc, nhà vật lư học lao ngay vào pḥng
thí nghiệm của trường đại
học tổng hợp California, nơi ông làm
việc, để báo tin cho các bạn đồng
nghiệp của ḿnh biết cái tin sốt dẻo
này. Lúc đầu, các bạn ông rất sừng
sờ trước h́nh ảnh kỳ dị
của Anvaret khi ông vung vẩy tờ báo, nhưng
khi họ nghe kể về phát minh làm chấn
động dư luận này th́ họ đă quên
ngay cái đầu tóc khác thường của
ông.
Đúng, đây là một tin chấn động dư
luận thật sự trong khoa học. Song Jôlio –
Quyri c̣n khám phá ra được một sự
thật rất quan trọng nữa : sự phân ră
hạt nhân urani mang tính chất một vụ
nổ, trong đó, các mảnh sinh ra tung bay về
mọi phía với tốc độ lớn. Khi
chỉ mới phá vỡ được các
hạt nhân riêng rẽ, năng lượng
của các mảnh vỡ cũng đă nung
được một mẩu urani. Nếu như
có nhiều hạt nhân bị phá vỡ th́ sẽ
phát ra một lượng năng lương
khổng lồ.
Vậy t́m đâu ra số lượng nơtron
nhiều đến thế để chúng bắn
phá nhiều hạt nhân urani cùng một lúc? Các
nguồn nơtron mà các nhà khoa học đă
biết chỉ cung cấp được một
số lượng nơtron nhỏ hơn nhiều
tỉ lần so với số cần thiết. Nhưng
rồi chính thiên nhiên đă đến giúp
sức. Jôlio – Quyri đă phát hiện ra rằng
khi hạt nhân urani bị phân ră, có một số
nơtron bay ra. Sau khi bắn phá vào nguyên tử
của hạt nhân bên cạnh, chúng sẽ
phải dẫn đến sự phân ră mới –
cái gọi là phản ứng dây chuyền sẽ
bắt đầu. Bởi v́ các quá tŕnh này
diễn ra trong vài phần triệu giây, cho nên,
một lượng năng lượng khổng
lồ sẽ được giải phóng và
sự nổ là điều ắt phải xảy
ra. Dường như tất cả đều
đă rơ ràng. Tuy vậy, người ta đă
nhiều lần dùng nơtron để bắn phá
các mẩu urani, vậy mà chúng vẫn không
nổ, nghĩa là không xuất hiện phản
ứng dây chuyền. Có lẽ là phải thêm
những điều kiện nào đó nữa.
Những điều kiện ǵ vậy? Fređeric
Jôlio – Quyri chưa thể giải đáp
được câu hỏi này.
Nhưng rồi lời giải đáp đă
được t́m ra. Các nhà bác học Xô -
viết trẻ tuổi là Ia. B. Zenđovich và Iu. B.
Khariton đă t́m được cũng trong năm
1939. Qua các công tŕnh nghiên cứu của ḿnh, hai
ông đă xác định được rằng,
có hai cách triển khai phản ứng hạt nhân
dây chuyền. Cách thứ nhất là tăng kích thước
của khối urani, v́ khi bắn phá một
cục nhỏ, nhiều nơtron vừa mới
thoát ra có thể văng ra ngoài mà không gặp
một hạt nhân nào trên đường đi.
Nếu tăng khối lượng của cục
urani th́ xác suất trúng đích của các nơtron
tất nhiên cũng tăng lên.
C̣n một cách thứ hai nữa là làm cho urani
giàu đồng vị 235. Nguyên do là urani thiên
nhiên có hai đồng vị chủ yếu
với khối lượng nguyên tử là 238 và
235. Trong hạt nhân của đồng vị
thứ nhất (mà số nguyên tử của nó
nhiều hơn của các loại kia hàng trăm
lần), có nhiều hơn ba nơtron so với
đồng vị thứ hai. Urani – 235 “nghèo” nơtron
nên hấp thụ nơtron một cách “tham lam”
– mạnh hơn rất nhiều so với “ông
anh khá giả” của nó. C̣n “ông anh” này th́
trong những điều kiện nhất định,
sau khi “nuốt” xong nơtron lại không
chịu phân chia thành từng mảnh mà biến
thành nguyên tố khác. Về sau, các nhà bác
học đă lợi dụng tính chất này để
điều chế các nguyên tố siêu urani nhân
tạo. C̣n sự thờ ơ của urani – 238
đối với nơtron th́ rất nguy hại
cho phản ứng dây chuyền, nó làm cho quá tŕnh
phản ứng suy yếu v́ không kịp “lấy
lại sức”. Bởi vậy, trong urani càng có
nhiều nguyên tử “khao khát” nơtron (tức
là đồng vị urani – 325) th́ phản
ứng sẽ xảy ra càng mạnh.
Nhưng để cho phản ứng bắt đầu
được th́ cần phải có nơtron
đầu tiên – một que diêm để nhem lêm
“đám cháy” nguyên tử. Tất nhiên, để
đạt mục đích này, có thể sử
dụng các nguồn nơtron thông thường mà
trước đây các nhà bác học đă dùng
trong các công tŕnh nghiên ư cứu của ḿnh ;
cách này tuy không thuận tiện lắm nhưng
có thể dùng được. Chẳng lẽ
không có que diêm nào thích hợp hơn ư?
Có đấy. Các nhà bác học Xô - viết K. A.
Petgiăc và G. N. Flerop đă t́m thấy nó. Trong
những năm 1939 – 1940, khi nghiên cứu biến
trạng của urani, họ đă đi đến
kết luận rằng, các hạt nhân của nó
có khả năng tự phân ră. Kết quả các
thí nghiệm do họ tiến hành ở Lêningrat
đă xác nhận điều đó.
Những sự kiện dưới đường
tàu điện ngầm – Giọt nước trong
biển cả - Ở chốn cũ Chicago – “Đi
ăn sáng nhé!”
Song cũng có thể bản thân urani không tự
phân ră, mà là do tác động của các tia vũ
trụ chẳng hạn: chính trái đất luôn
luôn nằm dưới tầm bắn của
chúng. Thế nghĩa là cần phải làm lại
các thí nghiệm sâu dưới ḷng đất, nơi
mà các “vị khách vũ trụ” này không
thể đến được. Sau khi hỏi ư
kiến I. V. Kurchatop – nhà nguyên tử học Xô -
viết vĩ đại nhất, các nhà nghiên
cứu trẻ tuổi đă tiến hành thí
nghiệm tại một ga tàu điện ngầm
nào đó ở Maxcơva. Điều đó không
gặp trở ngại ǵ ở Bộ dân uỷ
phụ trách đường giao thông, nên chẳng
bao lâu, một bộ khí cụ thí nghiệm
nặng gần ba tấn đă được các
cán bộ khoa học khuân đến pḥng làm
việc của trưởng ga tàu điện
ngầm “Đinamo” nằm ở độ sâu 50
mét.
Vẫn như mọi khi, các đoàn tàu xanh
vẫn qua lại, hàng ngàn hành khách vẫn lên
xuống theo thang máy và không ai nghĩ rằng, ngay
sát đâu đây đang tiến hành những thí
nghiệm mà ư nghĩa của chúng thật khó
đánh giá hết được. Cuối cùng
đă thu được những kết quả tương
tự như trước đây đă nhận
được ở Lêningrat. Chẳng phải nghi
ngờ ǵ nữa, hiện tượng tự phân
ră vốn là thuộc tính của các hạt nhân
urani. Để nhận thấy điều đó,
cần phải thể hiện một tài nghệ
thực nghiệm phi thường : trong một
giờ, cứ 60 000 000 000 000 nguyên tử urani th́
chỉ có một phân tử bị phân ră.
Thật đúng là giọt nước trong
biển cả!
K. A. Petgiăc và G. N. Flerop đă viết trang
kết luận vào phần tiểu sử của
urani trước khi thực hiện phản
ứng dây chuyền đầu tiên trên thế
giới. Enricô Fecmi đă thực hiện phản
ứng này vào ngày 2 tháng mười hai năm
1942.
Cuối những năm 30, cũng như nhiều
nhà bác học lớn khác, Fecmi đă buộc
phải xuất dương sang Mỹ để
thoát khỏi nạn dịch hạch Hitle. Ông
dự định tiếp tục các cuộc
thực nghiệm quan trọng nhất của ḿnh
ở đây. Nhưng muốn vậy th́ phải
có nhiều tiền. Cần phải làm cho chính
phủ Mỹ tin rằng, những thí nghiệm
của Fecmi sẽ giúp ích cho việc chế
tạo thứ vũ khí nguyên tử mạnh
nhất mà có thể dùng để chống
lại chủ nghĩa phát xít. Nhà bác học có
tên tuổi bậc nhất thế giới là Anbe
Anhxtanh (Albert Einstein) đă đảm nhận
sứ mệnh này. Ông viết cho tổng thống
Mỹ Franclin Ruzơven (Franklin Roozvelt) một
bức thư mà mở đầu bằng
những lời : “Thưa ngài ! Công tŕnh sắp
làm của E. Fecmi và L. Xinlac (L. Szilard) mà tôi đă
t́m hiểu qua bản phác thảo cho phép hy
vọng rằng, trong tương lai rất gần
đây, nguyên tố urani có thể trở thành
một nguồn năng lượng mới rất
quan trọng …”. Trong thư, nhà bác học đă
kêu gọi chính phủ Mỹ tài trợ cho các
công tŕnh nghiên cứu về urani. Do uy tín rất
lớn của Anhxtanh và tính chất nghiêm
trọng của t́nh h́nh thế giới, Ruzơve
đă đồng ư.
Cuối năm 1941, dân chúng Chicago nhận thấy
trên phần đất của một sân vận
động có sự nhộn nhịp khác thường
mà không hề có chút quan hệ ǵ với thể
thao. Từng tốp xe chở hàng tấp nập
đi đến cổng sân vận động.
Một đội vệ binh rất đông không
để cho người lạ nào đến
gần hàng rào sân vận động. Tại
đây, trên các sân quần vợt nằm dưới
khán đài phía tây, Enricô Fecmi đang chuẩn
bị thí nghiệm nguy hiểm nhất của
ḿnh – thực hiện phản ứng dây
chuyền phân ră hạt nhân urani có kiểm soát.
Công việc xây dựng ḷ phản ứng hạt
nhân đầu tiên trên thế giới đă
được tiến hành suốt ngày đêm
trong ṿng một năm.
Buổi sáng ngày 2 tháng mười hai năm 1942
đă đến. Suốt đêm, các nhà bác
học đă không chợp mắt, họ cứ
kiểm tra đi kiểm tra lại các phép tính.
Không thể đùa được: sân vẫn
động nằm ngay trong trung tâm thành phố
nhiều triệu dân, và mặc dầu các phép
tính đă cho phép tin rằng, phản ứng trong
ḷ nguyên tử sẽ xảy ra chậm, nghĩa
là không mang tính chất một vụ nổ, nhưng
không ai có quyền thí mạng hàng trăm ngàn người.
Trời đă sáng từ lâu, đă đến
giờ ăn sáng, nhưng mọi người
đă quên điều đó – tất cả
đều nóng ḷng bắt tay vào trận tấn
công nguyên tử càng nhanh càng tốt. Tuy nhiên,
Fecmi không vội vă : cần phải để cho
những người đă mệt mỏi
được nghỉ ngơi, cần phải
thoải mái một chút để rồi sau đó
lại cân nhắc và suy nghĩ cho kỹ lưỡng.
Phải thận trọng và thận trọng hơn
nữa. Và đây, trong lúc mọi người
đang chờ lệnh bắt đầu cuộc
thí nghiệm th́ Fecmi cất câu nói nổi
tiếng của ḿnh – câu nói từng đi vào
lịch sử chinh phục nguyên tử chỉ
vẻn vẹn có vài từ : “Đi ăn sáng
nhé !”.
Ăn xong, mọi người trở lại
vị trí của ḿnh – cuộc thí nghiệm
bắt đầu. Các nhà bác học dán mắt
vào các khí cụ. Những phút chờ đợi
thật căng thẳng. Cuối cùng, các máy đếm
nơtron gơ lách cách như súng liên thanh. Dường
như chúng bị “sặc” v́ lượng nơtron
quá lớn, không đếm kịp! Phản
ứng dây chuyền đă bắt đầu !
Điều đó xảy ra vào lúc 15 giờ 25
phút giờ Chicago. Ngọn lửa nguyên tử
được phép cháy trong 28 phút, sau đó, theo
lệnh của Fecmi, phản ứng dây chuyền
được dừng lại.
Một trong những người tham gia cuộc
thí nghiệm đi đến máy điện
thoại và thông báo với cấp trên bằng
một câu mật hiệu đă quy ước
từ trước : “Nhà hàng hải người
Italia đă cập bến Tân đại
lục!”. Điều đó có nghĩa là nhà bác
học xuất sắc người Italia Enricô Fecmi
đă giải phóng được năng lượng
hạt nhân nguyên tử và đă chứng minh
được rằng, con người có thể
kiểm soát và sử dụng năng lượng
này theo ư muốn của ḿnh.
Nhưng ư muốn có ư muốn tốt ư muốn
xấu. Trong những năm xảy ra những
sự kiện kể trên, phản ứng dây
chuyền trước hết được coi như
một chặng trên con đường đi đến
việc chế tạo bom nguyên tử. Công
việc của các nhà bác học nguyên tử
ở Mỹ đă đi tiếp tục theo chính hướng
này.
Bầu không khí trong giới khoa học có liên quan
với công việc này đă cực kỳ căng
thẳng. Và ngay cả ở đây cũng không
tránh khỏi những chuyện tức cười.
Mùa thu năm 1943, người ta đă quyết
định đưa nhà vật lư học cỡ
lớn nhất Nin Bo (Niels Bohr) từ nước
Đan Mạch đang bị quân Đức
chiếm đóng sang Mỹ để tận dùng
kiến thức uyên bác và tài năng của ông.
Được một tầu ngầm của Anh
bí mật hộ tống, nhà bác học cải
trang làm người đánh cá vào một đêm
tối đen “như mực”, rồi từ
đó người ta đưa ông vượt
biển sang nước Anh bằng máy bay và
cuối cùng sang Mỹ. Toàn bộ hành lư của
Bo chỉ vẻn vạn có một cái chai. Đây
là cái chai màu xanh thông thường, vốn là chai
đựng bia Đan Mạch, trong đó, nhà bác
học bí mật che mắt bọn Đức
đă đựng thứ nước nặng vô
cùng quư giá mà ông giữ ǵn như chính con ngươi
của mắt ḿnh: theo ư kiến của nhiều
nhà bác học nguyên tử th́ chính nước
nặng này có thể dùng để làm giảm
tốc độ của nơtron trong phản
ứng hạt nhân. Bo đă phải vất vả
chịu đựng sự mệt nhọc trong
chuyến bay, và khi vừa mới hồi sức
th́ việc đầu tiên của ông là kiểm
tra xem cái chai nước nặng có c̣n nguyên
vẹn nữa hay không. Thật là buồn
phiền hết chỗ nói, nhà bác học đă
chợt nhận ra là ḿnh đă trở thành
nạn nhân của tính đăng trí của chính
ḿnh : trong tay ông là cái chai đựng bia Đan
Mạch chính cống, c̣n cái chai nước
nặng th́ vẫn nằm trong tủ lạnh
ở nhà ông.
Một người lái xe hốt hoảng - Fecmi
phải nhịn cười - Một ngày đen
tối - Bước đầu - Tàu nguyên tử
phá băng - “Bưu kiện” gửi tới
mặt trời - Những viễn cảnh kỳ
diệu.
Khi cục urani - 235 cỏn con đầu tiên dùng
cho bom nguyên tử vừa được điều
chế xong tại các nhà máy khổng lồ ở
thành phố Ôc - Rija nằm trong bang Tennetxi, nó
được gửi theo một người liên
lạc đặc trách đến một nơi
kín đáo giữa các thung lũng của bang Niu -
Mêxico là thị trấn Lôt - Alamôt - nơi chế
tạo vũ khí reo rắc sự chết chóc. Người
liện lạc phải tự ḿnh lái ô tô,
chẳng ai nói cho y biết cái ǵ nằm trong
chiếc hộp nhỏ mà người ta đưa
cho y, nhưng đă nhiều lần y được
nghe những câu chuyện khủng khiếp về
các “tia giết người” bí hiểm sản
sinh ra ở Ôc - Rija. Càng đi xa, nỗi lo
lắng vây bọc lấy y càng chặt. Cuối
cùng y quyết định, hễ có dấu
hiệu khả nghi về hành vi của chiếc
hộp đằng sau, y sẽ bỏ ô tô mà
chạy thục mạng. Khi xe chạy qua một
chiếc cầu dài, bỗng nhiên, người lái
xe nghe thấy một tiếng nổ lớn đằng
sau. Dường như đă bị bật tung
lên, y nhảy ra khỏi ô tô và chạy nhanh đến
mức mà y không thể tưởng tượng
nổi. Nhưng khi đă chạy được
một quăng khá xa, y dừng lại v́ kiệt
sức và tin chắc rằng, ḿnh vẫn c̣n
nguyên vẹn và vô sự, thậm chí c̣n dám ngoái
cổ nh́n lại. Lúc ấy, sau ô tô của y,
đoàn xe cứ kéo dài măi và sốt ruột bóp
c̣i inh ỏi. Y đành phải quay lại và
tiếp tục cuộc hành tŕnh. Nhưng vừa
ngồi vào buồng lái th́ lại vang lên một
tiếng nổ lớn, bản năng tự
vệ lại một lần nữa vứt kẻ
bất hạnh ra khỏi xe và thúc y chạy
thật nhanh khỏi cái hộp tai ác ấy. Măi
đến khi người cảnh sát giận
dữ đuổi kịp y bằng mô tô và xem xét
giấy tờ th́ người lái xe hốt
hoảng ấy mới biết rằng, những
phát nổ kia là từ trường bắn
cạnh đấy vọng sang, v́ lúc này người
ta đang bắn thử đạn pháo mới
ở đó.
Công việc ở Lôt - Alamôt được
tiến hành trong điều kiện bí mật
tuyệt đối. Tất cả các nhà bác
học lớn ở đây đều mang
những biệt danh. Như Nin Bo chẳng hạn,
ở Lôt - Alamôt người ta chỉ biết
đó là ông già Nicola Bâycơ, Enrico Fecmi là Henri
Facmơ, Ujin Vigne thành ra Ujin Vagne. Một hôm, Fecmi
xuất tŕnh giấy chứng minh mang tên Facmơ,
c̣n Vigne th́ không t́m thấy giấy tờ của
ḿnh. Người lính gác có danh sách những ai
được ra vào nhà máy. Y hỏi: “Tên ông
là ǵ ?”. Nhà bác học đăng trí chợt nói
lẩm bẩm “Vigne” theo thói quen nhưng
bỗng nhớ ra và cải chính là “Vagne”. Điều
đó đă làm cho tên lính gác nghi ngờ bằng
- Vagne th́ có trong danh sách c̣n Vigne th́ không. Y quay
sang phía Fecmi mà y đă quen mặt, rồi hỏi:
“Ông này tên là Vagne điều đó cũng
đúng, cũng như tôi tên là Facmơ”.
Nhịn cười, Fecmi trịnh trọng nói làm
cho tên lính phải tin như thế rồi y cũng
để cho hai nhà bác học đi qua.
Vào khoảng giữa năm 1945, công việc
chế tạo bom nguyên tử mà chi phí lên đến
hai tỷ đô la đă hoàn thành. Ngày 6 tháng tám,
trên bầu trời thành phố Hirosima ở
Nhật Bản hiện lên một cây nấm
lửa khổng lồ cuốn theo mấy chục
ngàn sinh mạng. Ngày đó đă trở thành
ngày đen tối trong lịch sử nền văn
minh. Thành tựu vĩ đại nhất đă
sinh ra tấn thảm kịch khủng khiếp
nhất của loài người.
Trước các nhà bác học, trước toàn
thế giới, một câu hỏi đă được
đặt ra: làm ǵ nữa đây? Tiếp
tục hoàn thiện vũ khí hạt nhân, chế
tạo các phương tiện giết người
khủng khiếp hơn nữa ư?
Không! Từ nay, năng lượng khổng
lồ chứa trong hạt nhân nguyên tử
phải phục vụ con người. Các nhà bác
học Xô - viết dưới sự lănh đạo
của viện sĩ I. V. Kurchatop đă đặt
bước chân đầu tiên trên con đường
đó. Ngày 27 tháng sáu năm 1954, đài phát thanh
Maxcơva đă truyền đi một tin có
tầm quan trọng đặc biệt: “Hiện
nay ở Liên Xô, nhờ những cố gắng
của các nhà bác học và kỹ sư Xô -
viết, công việc thiết kế và xây
dựng nhà máy điện công nghiệp đầu
tiên chạy bằng năng lượng nguyên
tử với công suất có ích là 5000 kW đă
hoàn thành tốt đẹp”. Lần đầu
tiên, chạy dọc theo các dây dẫn là ḍng
điện mang theo năng lượng được
sản sinh trong ḷng nguyên tử urani.
Việc khởi động nhà máy điện
nguyên tử đầu tiên đă mở đầu
cho sự phát triển của một ngành kỹ
thuật mới - ngành năng lượng học
hạt nhân. Urani đă trở thành nhiêu liệu
ḥa b́nh của thế kỷ XX.
Sau đó năm năm, tàu phá băng nguyên tử
đầu tiên trên thế giới mang tên
“Lênin” đă rời giá lắp ráp của các xưởng
đóng tàu Xô - viết. Để cho các động
cơ của nó làm việc hết công suất (44
ngàn mă lực!), chỉ cần “đốt”
vẻn vẹn có vài chục gam urani. Một
cục nhỏ nhiêu liệu hạt nhân này cũng
đủ sức thay thế cho hàng ngàn tấn
mazut hoặc than đá, mà muốn trở hết
th́ phải dùng những chuyến tàu thông thường
như đoàn tàu chạy trên tuyến đường
Luân Đôn - Niuooc chẳng hạn. C̣n con tàu
nguyên tử với dự trữ nhiên liệu
urani chừng vài chục kilôgam th́ có thể phá băng
ở vùng Bắc cực liên tục trong ṿng ba năm
mà không cần ghé vào cảng để tiếp
nhiên liệu.
Năm 1974, tàu phá băng nguyên tử “Bắc
cực” c̣n mạnh hơn nữa đă bắt
đầu thực hiện những “trọng
trách của ḿnh: công suất của nó là 75 ngàn
mă lực! Ngày 17 tháng tám năm 1977, sau khi vượt
qua lớp băng tưởng như không thể
phá vỡ nổi của vùng trung tâm Bắc Băng
dương, tàu “Bắc cực” đă lên đến
đúng cực bắc. Ước mơ hàng bao
thế kỷ của nhiều thế hệ
thủy thủ và các nhà khảo sát địa
cực đă được thực hiện, và
urani đă đóng góp công sức của ḿnh vào
việc giải quyết vấn đề này.
Chiếc tàu phá băng nguyên tử mạnh
nhất này đă có thêm hai đứa em nữa -
đó là tàu “Xibia” và tàu “Nước Nga”.
Tỷ lệ nhiên liệu hạt nhân trong bản
cân đối các nguồn năng lượng
trên thế giới mỗi năm một tăng
lên. Mấy năm trước đây, nhà máy
điện nguyên tử công nghiệp đầu
tiên với ḷ phản ứng dùng nơtron nhanh
đă bắt đầu hoạt động ở
Liên Xô. Đặc điểm quan trọng của
loại ḷ phản ứng này là nó có thể
không cần dùng urani - 235 khan hiếm để
làm nguyên liệu hạt nhân, mà dùng chính ngay
đồng vị phổ biến nhất trên trái
đất của nguyên tố này là urani - 238. Khi
đó, trong ḷ phản ứng không những
giải phóng được năng lượng
khổng lồ, mà c̣n tạo nên nguyên tố nhân
tạo poloni - 239 là nguyên tố có khả năng
tự phân ră, tức cũng là một nguồn năng
lượng hạt nhân nữa. I. V. Kurchatop đă
viết: “Đốt than trong ḷ, dù thu được
ǵ đi nữa, vẫn cào khá nhiều than ra cùng
với tro”.
Những ưu điểm của nhiên liệu
hạt nhân thật là rơ ràng, chẳng phải
nghi ngờ ǵ nữa. Tuy nhiên, việc sử
dụng nó kèm theo nhiều khó khăn, mà khó khăn
lớn nhất hẳn là việc tiêu hủy các
chất phế thải phóng xạ sinh ra. Cho chúng
vào những chiếc thùng chứa đặc
biệt rồi thả xuống đáy biển và
đại dương ư? Hay là chôn sâu
xuống đất? Bằng những cách đó,
ắt không thể giải quyết vấn đề
một cách triệt để, v́ chung quy lại
th́ các chất gây chết chóc ấy vẫn c̣n
lại trên hành tinh của chúng ta. Không thể
đưa chúng đi xa hơn, đến các thiên
thể khác hay sao? Chính một nhà bác học
Mỹ đă nêu ra ư kiến này. Ông để
nghị dùng các con tàu vũ trụ “chở
hàng” để chở các chất phế
thải của các nhà máy điện nguyên tử
lên mặt trời. Tất nhiên, hiện nay “cước
phí” cho những “bưu kiện” như vậy
c̣n quá đắt đối với người
gửi, nhưng theo ư kiến của một
số chuyên gia có tinh thần lạc quan th́
mất chục năm nữa, những dịch
vụ vận tải kiểu này sẽ trở nên
hoàn toàn hợp lư.
Ở thời đại chúng ta, không nhất
thiết phải giàu trí tưởng tượng
mới có thể đoán trước tương
lai rực rỡ của urani. Urani của ngày mai -
đó là những tên lửa vượt lên
chốn xa thẳm của không gian bao la, đó là
những thành phố ngầm khổng lồ có năng
lượng dự trữ đủ dùng trong vài
chục năm, đó là việc xây dựng
những ḥn đảo nhân tạo và tưới
nước tràn ngập cho các sa mạc, đó là
sự xâm nhập vào ḷng đất và cải
tạo khí hậu của hành tinh chúng ta.
Urani - một trong những kim loại kỳ
diệu nhất của thiên nhiên, đang mở ra
cho loài người những viễn cảnh
thần kỳ!
|
|