Lõi Quỷ

Lõi Quỷ là một quả cầu plutonium có khối lượng gần 6.2 kilogram (14 lb), được tạo ra trong Chiến tranh thế giới thứ hai như là một phần của dự án Manhattan. Đây là lõi phân hạch của một quả bom hạt nhân và đã dẫn đến cái chết của hai nhà khoa học vào ngày 21 tháng 8 năm 1945 và ngày 21 tháng 5 năm 1946.

Ban đầu dự định sử dụng Lõi Quỷ cho lần thả bom nguyên tử thứ 3 xuống Nhật Bản, nhưng với sự kiện Nhật Bản đầu hàng, nó được chuyển sang việc thí nghiệm. Chiếc lõi này được thiết kế với biên độ an toàn nhỏ để đảm bảo bom nổ thành công. Đây đã gây ra hai vụ tai nạn chết người do ngộ độc phóng xạ tại phòng thí nghiệm Los Alamos, làm chết hai nhà khoa học Harry Daghlian và Louis Slotin.

Quá trình sản xuất và lịch sử ban đầu

Sau khi hoàn thành, Lõi Quỷ (tương tự như lõi của quả bom nguyên tử đã được thả xuống Nagasaki), nặng 6.2 kilogram, có bán kính 89 milimet. Lõi bao gồm 3 phần: hai bán cầu plutonium-gallium và một đai tròn ở giữa hai bán cầu để ngăn chặn luồng neutron bên trong 'rò rỉ' ra ngoài trong quá trình thu nhỏ sụp đổ. Lõi được sử dụng trong thí nghiệm hạt nhân Trinity không có đai tròn như vậy.

Vào ngày 10 tháng 8, Thiếu tướng Leslie R. Groves, Jr. đã viết thư cho Thống tướng George C. Marshall, Tham mưu trưởng Lục quân Hoa Kỳ, để thông báo rằng:

Quả bom nguyên tử tiếp theo dự kiến sẽ sẵn sàng để vận chuyển đến mục tiêu vào ngày đầu tiên sau ngày 24 tháng 8, 1945. Chúng tôi đã có thêm 4 ngày để sản xuất và dự kiến sẽ vận chuyển các thành phần cuối cùng từ New Mexico vào ngày 12 hoặc 13 tháng 8. Nếu không có trở ngại gì trong quá trình sản xuất, trước và sau quá trình vận chuyển, quả bom sẽ sẵn sàng để vận chuyển vào ngày thích hợp đầu tiên sau ngày 17 và 18 tháng 8.

Marshall cũng chú ý rằng 'Không thả quả bom xuống Nhật Bản nếu không có sự cho phép từ Tổng thống', trong khi đó Tổng thống Harry S. Truman đang quan sát hậu quả của hai lần thả bom nguyên tử đầu tiên. Ngày 13 tháng 8, quả bom thứ ba được lên lịch thả, dự kiến sẽ sẵn sàng vào ngày 16 tháng 8 để thả vào ngày 19 tháng 8. Kế hoạch này đã bị hủy bỏ sau khi Nhật Bản đầu hàng vào ngày 15 tháng 8, 1945. Lõi được giữ lại tại Los Alamos.

Tai nạn đầu tiên

Sau khi hoàn thành, lõi được thiết kế để duy trì ở trạng thái '-50 xu'. Trạng thái này chỉ có một biên độ nhỏ giữa các nhân tố có thể dẫn đến sự gia tăng phản ứng, dẫn đến trạng thái siêu tới hạn và sau đó là trạng thái tăng năng lượng rất nhanh trong một khoảng thời gian ngắn. Trong tự nhiên, các sự kiện như vậy không thường xảy ra, chẳng hạn như lõi kim loại bị nén (sau đó là cách để tạo nên bom), bổ sung vật liệu hạt nhân hoặc vật liệu phản xạ neutron để ngăn chặn neutron phản xạ ra ngoài và quay trở lại lõi. Các thí nghiệm tại Los Alamos dẫn đến hai vụ tai nạn chết người, nhằm đảm bảo rằng lõi tiến gần đến trạng thái tới hạn bằng cách lắp đặt các vật liệu phản xạ như vậy và xác định lượng neutron phản xạ cần thiết để đạt đến trạng thái siêu tới hạn.

Ngày 21 tháng 8 năm 1945, lõi plutonium phát ra một luồng bức xạ neutron khiến nhà vật lý Harry Daghlian tử vong. Daghlian đã phạm lỗi khi thực hiện thí nghiệm phản xạ neutron với lõi. Ông làm việc một mình, cách đó 3 đến 4 mét là binh nhì Robert J. Hemmerly. Lõi được đặt trong một chồng gạch phản xạ neutron làm bằng tungsten carbide, mỗi khi thêm một lớp gạch, lõi lại gần đến trạng thái tới hạn hơn một chút. Trong khi thêm lớp gạch lên lõi, Daghlian vô tình làm rơi viên gạch trực tiếp xuống lõi và đưa nó đến trạng thái siêu tới hạn. Ông nhanh chóng rút viên gạch ra khỏi lõi, nhưng đã hấp thụ một lượng bức xạ gây tử vong. Ông qua đời 25 ngày sau đó vì ngộ độc phóng xạ cấp tính.

Tai nạn thứ hai

Ngày 21 tháng 5 năm 1946, nhà vật lý Louis Slotin và bảy nhân viên Los Alamos khác đang tiến hành thí nghiệm để kiểm tra độ tới hạn của chiếc lõi bằng cách điều chỉnh các vật liệu phản xạ neutron. Slotin sắp rời Los Alamos và hướng dẫn Alvin C. Grave thực hiện thử nghiệm cuối cùng trước Chiến dịch Crossroad, được lên kế hoạch thực hiện tại đảo Bikini. Thí nghiệm yêu cầu phải đặt hai bán cầu bằng beryllium (vật liệu phản xạ neutron) xung quanh lõi và điều chỉnh chúng bằng một lỗ trên đỉnh. Khi điều chỉnh bán cầu, một bộ đếm sẽ ghi nhận phản ứng của lõi. Thí nghiệm phải duy trì một khe nhỏ giữa hai bán cầu để tránh trạng thái tới hạn. Thường thì phải dùng miếng chêm ở giữa hai bán cầu, vì nếu để hai bán cầu ghép lại hoàn toàn sẽ gây ra phản ứng phát xạ chết người từ lõi.

Trong quá trình thử nghiệm không được chấp nhận của Slotin, miếng chêm không được sử dụng, thay vào đó là lưỡi tuốc nơ vít phẳng được điều khiển bởi Slotin. Slotin được biết đến là người thích làm nổi bật mình, là chuyên gia về vùng này, thực hiện thử nghiệm nhiều lần trong trang phục quần jean và bốt cao. Enrico Fermi liên tục cảnh báo Slotin và những người khác rằng họ sẽ 'chết trong vòng một năm' nếu tiếp tục thử nghiệm như vậy. Các nhà khoa học gọi hành động 'chọc đuôi rồng' này là 'chọc đuôi con rồng đang ngủ say' của Richard Feynman.

Vào ngày xảy ra tai nạn, tuốc nơ vít của Slotin trượt ra một phần inch khi ông đang điều chỉnh bán cầu phía trên xuống, cho phép bán cầu bao phủ hoàn toàn bởi vật liệu phản xạ neutron. Ngay lập tức, một tia sáng xanh lóe lên và Slotin cảm thấy một làn sóng nhiệt toả ra; lõi đã đạt đến trạng thái siêu tới hạn, phát ra một luồng bức xạ neutron mạnh khoảng nửa giây. Slotin nhanh chóng quay cổ tay, hất bán cầu phía trên xuống đất. Nhiệt từ lõi ngừng lại sau vài giây. Tai nạn đã được ngăn chặn. Vị trí của Slotin đã giúp chắn một phần bức xạ neutron cho những người khác, nhưng ông hấp thụ một lượng bức xạ chết người 1,000 rad (10 Gy) neutron và 114 rad (1.14 Gy) phóng xạ gamma trong vòng dưới 1 giây và chết 9 ngày sau đó vì ngộ độc phóng xạ cấp tính.

Người đứng gần Slotin nhất là Graves, lúc đó đang nhìn qua vai Slotin và được Slotin chắn một phần. Graves hấp thụ một lượng bức xạ cao nhưng không gây tử vong. Sau đó, Graves nhập viện vài tuần vì ngộ độc phóng xạ nghiêm trọng. Ông qua đời 20 năm sau đó, ở tuổi 55 vì bệnh tim. Có thể do Graves tiếp xúc với phóng xạ, nhưng bố ông cũng chết vì bệnh tim, vì vậy cái chết của Graves có thể do di truyền.

Nghiên cứu y tế

Những nghiên cứu về sức khỏe của những người bị phơi nhiễm đã được tiến hành sau đó. Báo cáo đầu tiên được xuất bản vào năm 1951. Một báo cáo khác được biên soạn để gửi đến chính phủ Hoa Kỳ vào năm 1979. Tóm tắt: ...

Hai thợ máy Paul Long và một người khác ở một khu vực khác của tòa nhà (khoảng cách 6-7.5m) không được chăm sóc y tế.

Sau hai vụ tai nạn, chiếc lõi trước đây được gọi là 'Rufus' đã được biết đến với cái tên 'Lõi Quỷ'. Các thí nghiệm trực tiếp đã không được tiếp tục và được thực hiện từ xa bằng máy và máy quay TV thiết kế bởi Schreiber.

Số phận của Lõi Quỷ

Ban đầu, Lõi Quỷ được dự định sử dụng trong vụ thử hạt nhân Chiến dịch Crossroads, nhưng sau các tai nạn gây tử vong, lõi cần thêm thời gian để giảm độ phóng xạ trước khi được đánh giá lại. Lõi Quỷ sau đó đã bị nung chảy và tái chế để sử dụng cho những lõi khác.