Johnny Lê Nữu Vượng
Già làng
Các nhà khoa học đã bắt đầu chế tạo vũ khí hạt nhân cách đây 80 năm, nhưng công nghệ này vẫn mang đầy thách thức.
Phản ứng hóa học trong vũ khí hạt nhân có thể tạo ra vụ nổ tương đương với hàng triệu tấn thuốc nổ TNT (Ảnh: Getty Images).
Cuộc thử nghiệm vũ khí hạt nhân đầu tiên, có mật danh "Trinity", diễn ra tại sa mạc New Mexico, Mỹ, lúc 5h30 sáng ngày 16/7/1945.
Cuộc thử nghiệm này là bằng chứng về khái niệm khoa học hạt nhân bí mật, là một phần của Dự án Manhattan trong Thế chiến II và dẫn đến việc thả bom nguyên tử xuống Hiroshima và Nagasaki, Nhật Bản, chỉ vài tuần sau đó.
Cho đến nay, công tác nghiên cứu thúc đẩy vũ khí hạt nhân không ngừng tăng tốc. Nhiều nước trên thế giới đã xây dựng kho dự trữ hạt nhân của mình, trong đó có Mỹ sở hữu hơn 5.000 đầu đạn hạt nhân.
Nhưng cho dù nội dung cốt lõi của công nghệ này không còn là bí mật, thì việc phát triển vũ khí hạt nhân vẫn là một thách thức về khoa học và kỹ thuật. Vậy tại sao vũ khí hạt nhân vẫn khó sản xuất đến vậy?
Ông Hans Kristensen - Giám đốc Dự án Thông tin hạt nhân của Liên đoàn Các nhà khoa học Mỹ - cho biết phần lớn khó khăn nằm ở chỗ phải tìm ra các nguyên tố hóa học dùng để tạo ra những vụ nổ hạt nhân.
"Nguyên tắc cơ bản của một vụ nổ hạt nhân là vật liệu phân hạch hạt nhân được kích thích để giải phóng năng lượng khổng lồ của chúng. Để sản xuất vật liệu phân hạch có độ tinh khiết và số lượng đủ là một thách thức và việc sản xuất này đòi hỏi năng lực công nghiệp rất lớn", Hans Kristensen cho biết.
Sự giải phóng năng lượng khổng lồ như vậy được gọi là phản ứng phân hạch hạt nhân. Khi phản ứng này xảy ra, các nguyên tử tách ra để giải phóng năng lượng và một phản ứng dây chuyền bắt đầu. Đây là loại phản ứng tương tự tạo ra năng lượng hạt nhân.
Làm giàu uranium và plutonium: Sức mạnh hủy diệt của bom nguyên tử (bom hạt nhân) bắt nguồn từ những hạt nhân nhỏ bé proton, neutron và electron.
Để chế tạo ra một quả bom nguyên tử cần có 25kg uranium-235 hoặc 8kg plutonium-239, sau đó chế tạo một thiết bị kích nổ và lượng thuốc nổ đủ mạnh để khối nhiên liệu hạt nhân có phản ứng dây chuyền.
Uranium chỉ cần làm giàu lên mức độ 5% đã đủ để trở thành nhiên liệu sản xuất điện. Nhưng nếu muốn chế tạo vũ khí hạt nhân, người ta phải làm giàu uranium lên mức độ tối thiểu là 90%.
Plutonium-239 là lựa chọn thứ hai. Chất này được sản xuất cùng uranium trong các lò phản ứng hạt nhân, tại đó người ta tách uranium ra riêng và lọc lấy plutonium.
Thường phải mất khoảng 25kg uranium-235 hoặc 8kg plutonium-239 để tạo ra một quả bom nguyên tử.
Thách thức cuối cùng là chế tạo một thiết bị với hệ thống kích nổ và lượng thuốc nổ đủ mạnh để khối nhiên liệu hạt nhân có phản ứng dây chuyền đầu tiên.
Đồng vị U-235 được lựa chọn là do khả năng tiếp nhận neutron tự do rất cao. Quá trình tiếp nhận và phân rã xảy ra vô cùng nhanh chóng.
Để có thể hoạt động, nguyên liệu uranium cần phải được "làm giàu", nghĩa là làm tăng tỉ lệ của đồng vị U-235. Ở cấp độ vũ khí hạt nhân, đồng vị U-235 phải chiếm trên 90% nguyên liệu chính.
Chỉ có chất đồng vị U-235 trong uranium mới có khả năng phân hạch (để chế tạo bom). Uranium tự nhiên chủ yếu gồm chất đồng vị U-238 và chỉ có 0,7% chất đồng vị U-235.
Cấu tạo của một quả bom phân hạch đơn giản bao gồm một đầu đạn nhỏ U-235 và một khối nguyên liệu U235 hình cầu, khi đầu đạn gặp khối nguyên liệu nó sẽ tạo nên khối lượng tới hạn và kích hoạt quá trình phản ứng phân hạch dây chuyền.
