Buzz
Mặc dù các nguyên lý cơ bản về phản ứng hạt nhân không còn là điều bí mật, việc chế tạo bom hạt nhân vẫn là một thách thức kỹ thuật to lớn đối với các kỹ sư. Vậy đâu là lý do khiến quá trình này vẫn khó khăn như vậy?
Vào lúc 5:30 sáng ngày 16 tháng 7 năm 1945, thử nghiệm hạt nhân đầu tiên trên thế giới mang tên "Trinity" đã được thực hiện tại sa mạc New Mexico. Đây là một mốc quan trọng trong Dự án Manhattan, mở đường cho việc thả hai quả bom nguyên tử xuống Hiroshima và Nagasaki chỉ vài tuần sau đó.
Kể từ đó, công nghệ chế tạo vũ khí hạt nhân đã phát triển mạnh mẽ, với nhiều quốc gia sở hữu kho vũ khí riêng. Mỹ hiện nay có hơn 5.000 đầu đạn hạt nhân. Tuy nhiên, dù các nguyên lý cơ bản về phản ứng hạt nhân đã được biết đến rộng rãi, việc chế tạo bom hạt nhân vẫn là một thách thức lớn đối với kỹ sư và nhà khoa học. Vậy nguyên nhân là gì?
Tại sao vũ khí hạt nhân vẫn khó chế tạo?
Một trong những yếu tố cản trở lớn nhất trong việc chế tạo bom hạt nhân là sản xuất vật liệu phân hạch – thành phần cốt yếu tạo nên vụ nổ hạt nhân. Hans Kristensen, giám đốc Dự án Thông tin Hạt nhân tại Liên đoàn Các Nhà Khoa học Mỹ, cho biết quá trình này yêu cầu một công suất công nghiệp cực lớn và vật liệu phải có độ tinh khiết cao.
Trong mỗi quả bom nguyên tử, phản ứng phân hạch xảy ra, khi các nguyên tử bị tách rời và giải phóng năng lượng cực kỳ mạnh mẽ. Đây cũng là nguyên lý hoạt động cơ bản của các nhà máy điện hạt nhân.
Hai nguyên tố chủ yếu được sử dụng để tạo ra phản ứng hạt nhân này là uranium và plutonium. Tuy nhiên, để sử dụng chúng trong vũ khí, cần phải trải qua một quá trình làm giàu phức tạp và tốn kém.
Matthew Zerphy, giáo sư ngành kỹ thuật hạt nhân tại Đại học Penn State, giải thích rằng uranium khai thác từ tự nhiên chủ yếu là Uranium-238 (U-238), một dạng không thể trực tiếp dùng trong vũ khí hạt nhân. Để sử dụng nó, phải chuyển hóa thành Uranium-235 (U-235), đồng vị có khả năng duy trì phản ứng phân hạch.
Quá trình làm giàu uranium thường được thực hiện qua phương pháp ly tâm, trong đó uranium chuyển hóa thành dạng khí và quay với tốc độ cực cao. Nhờ sự khác biệt về khối lượng giữa U-238 và U-235, người ta có thể tách được uranium có độ tinh khiết cao.
Để đạt được uranium cấp vũ khí, ít nhất 90% U-238 trong mẫu phải được chuyển thành U-235. Quá trình này tiêu tốn một lượng lớn năng lượng, đòi hỏi công nghệ hiện đại và có thể kéo dài từ vài tuần đến vài tháng.
Plutonium khó xử lý hơn nhiều so với uranium. Nó không tồn tại tự nhiên mà chỉ được tạo ra trong các lò phản ứng hạt nhân, như một sản phẩm phụ từ nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng. Việc chiết xuất plutonium đòi hỏi xử lý nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng, một công việc vô cùng nguy hiểm vì mức độ phóng xạ cao.
Ngoài ra, còn có một mối nguy hiểm tiềm ẩn là phản ứng tới hạn không kiểm soát. Nếu trong quá trình làm giàu, lượng plutonium hoặc uranium thu thập được vượt quá mức an toàn, nó có thể tự động dẫn đến một vụ nổ hạt nhân.
Tại sao bom hạt nhân lại có sức tàn phá khủng khiếp đến vậy?
Mặc dù nguyên lý phân hạch đã được hiểu rõ, nhưng việc kích hoạt và duy trì phản ứng trong thời gian cực ngắn vẫn là một thách thức công nghệ vô cùng lớn.
Zerphy giải thích rằng, khi bom hạt nhân phát nổ, nó phải tạo ra một khối vật liệu phân hạch siêu tới hạn trong một khoảng thời gian ngắn để kích hoạt chuỗi phản ứng dây chuyền trên diện rộng.
Đối với bom nhiệt hạch (bom H), quy trình này còn phức tạp hơn. Ngoài phản ứng phân hạch ban đầu, bom H còn kích hoạt một phản ứng nhiệt hạch thứ cấp, giống như phản ứng diễn ra trong lõi Mặt Trời. Chính vì vậy, bom H có sức công phá mạnh gấp hàng nghìn lần so với bom nguyên tử thả xuống Nhật Bản vào năm 1945.
Sau khi được chế tạo thành công, vũ khí hạt nhân cần phải được kiểm tra để đảm bảo chúng hoạt động chính xác. Trước đây, các quốc gia đã tiến hành thử nghiệm ngoài thực tế, gây ra tác động nghiêm trọng tới môi trường và người dân sống gần các khu vực thử nghiệm.
Ngày nay, phần lớn quá trình kiểm tra vũ khí hạt nhân được thực hiện thông qua mô phỏng máy tính. Các nhà khoa học thuộc Cục An ninh Hạt nhân Quốc gia Mỹ (NNSA) sử dụng các siêu máy tính để mô phỏng vụ nổ hạt nhân trong nhiều tình huống khác nhau mà không cần thực hiện thử nghiệm thực tế.
Phát ngôn viên của NNSA cho biết họ đã phát triển những công cụ kiểm tra và mô phỏng tiên tiến để đảm bảo vũ khí hoạt động chính xác trong mọi kịch bản, đồng thời duy trì độ tin cậy cao cho kho vũ khí hạt nhân của Mỹ.
Sự phức tạp và nguy hiểm trong việc chế tạo vũ khí hạt nhân giải thích lý do tại sao chỉ một số ít quốc gia trên thế giới có thể sở hữu loại vũ khí này. Không chỉ cần trình độ khoa học – công nghệ tiên tiến, các quốc gia này còn phải đầu tư vào một hệ thống cơ sở hạ tầng khổng lồ để sản xuất và bảo trì kho vũ khí hạt nhân.
Tiếng Anh và Tiếng Việt
