Kể chuyện về kim loại/U

Kể chuyện về kim loại/U

“

:Nhiên liệu của thế kỷ XX

”

Khó mà nói được rằng, nhà bác học người Đức Martin Claprôt sẽ đặt tên gì cho nguyên tố hoá học đã 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 xã hội: năm 1781, khi quan sát bầu trời đầy sao bằng kính thiên văn tự tạo của mình, nhà thiên văn học người Anh là Uyliam Hecsơn (William Herschel) đã phát hiện ra một đám mây phát sáng mà lúc đầu ông tưởng là sao chổi, nhưng sau đó ông khẳng định là mình đang nhìn 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 đã đặt tên cho hành tinh mới này là Uran. Mang ấn tượng sâu sắc về hiện tượng này, Claprôt đã lấy tên của hành tinh mới để đặt cho nguyên tố mà ông vừa tìm ra.

Khoảng nửa thế kỷ sau đó, vào năm 1841, nhà hoá học người Pháp là Ơgien Peligo (Eugene Peligo) đã 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 lòng 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 Mã cổ đại đã biết đến “tài năng mỹ thuật” của các hợp chất chứa urani. Trong các cuộc khai quật tiến hành ở gần Napôli, người ta đã tìm thấy những bức tranh tường ghép bằng những mảnh thuỷ tinh có vẻ đẹp kỳ diệu. Các nhà khảo cổ học rất kinh ngạc vì trải qua hai ngàn năm mà thuỷ tinh vẫn không bị mờ đục. Đem các mẫu thuỷ tinh này ra phân tích hoá học thì 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 xã hội”, thì 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 thì trị số này đã làm rối mọi sự sắp xếp của ông: theo các tính chất của mình thì 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 ý kiến của nhiều bạn đồng nghiệp, nhà bác học đã quyết định lấy trị số mới cho khối lượng nguyên tử của urani là 240 rồi chuyển nó xuống cuối bảng. Cuộc sống đã 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 quý, thì người sáng tạo ra hệ thống tuần hoàn đã thấy trước tương lai sáng lạn của nó. Ông viết: “Trong số tất cả các nguyên tố hoá học đã được biết đến thì urani nổi bật lên vì nó có trọng lượng nguyên tử lớn nhất … Sự tập trung trọng khối ở urani cao hơn hẳn các chất đã 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 còn dẫn đến nhiều phát minh mới, nên tôi mạnh dạn khuyên những ai đang tìm đối tượng cho các cuộc nghiên cứu mới thì 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 đã trở thành sự thật : năm 1896, khi tiến hành thí nghiệm với các muối của urani, nhà vật lý học người Pháp là Hăngri Beccơren (Antoine Henri Becquerel) đã hoàn thành một kỳ tích xứng đáng được liệt vào hàng những phát minh khoa học vĩ đại nhất mà con người đã từng làm được. Điều đó đã diễn ra như thế này. Từ lâu, Beccơren đã quan tâm đến hiện tượng lân quang (tức là sự phát sáng) vốn có ở một số chất. Một hôm, nhà bác học đã quyết định sử dụng một trong các muối của urani cho những thí nghiệm của mình. Trên tấm kính ảnh bọc giấy đen, ông đặt một hình 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 hình tấm kính ảnh và thấy rõ trên đó hiện lên bóng dáng rõ nét của hình 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 đã thông báo rằng, nếu được phơi sáng thì hợp chất urani phát lân quang mà ông nghiên cứu sẽ phát ra các tia không nhìn 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 thì làm sao có lân quang được. Bực mình vì thời tiết xấu, nhà bác học đã cất các mẫu muối urani vào ngăn kéo bàn làm việc cùng với những tấm phim dương đã chuẩn bị sẵn nhưng chưa chiếu sáng, rồi để chúng nằm ở đó mấy ngày. Cuối cùng, đêm mùng 1 tháng ba, gió đã xua tan những đám mây đen trên bầu trời Pari và từ sáng sớm, những tia nắng đã chiếu dọi xuống thành phố bằng. Đang sốt ruột chờ trời tạnh ráo, Beccơren đã vội vã đến phòng 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 đã quyết định cho hiện hình các tấm phim dương, mặc dầu theo nguyên tắc thông thường mà xét thì sau mấy ngày vừa qua, không thể xảy ra điều gì đối với chúng, vì chúng nằm trong bóng tối, mà không được phơi sáng thì không một chất nào phát lân quang. Trong khoảnh khắc ấy, nhà bác học đã 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 quý vô giá đối với khoa học, còn ngày 1 tháng ba năm 1896 thì mãi mãi đi vào lịch sử khoa học thế giới .

Những gì mà Beccơren nhìn thấy trên những tấm kính ảnh vừa qua hiện hình đã làm cho ông hết sức ngạc nhiên : bóng đen của các mẫu đã hiện lên rõ 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 gì cả. Nhưng lúc ấy, muối urani phát ra những tia gì vậy ? Nhà bác học đã 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 đã nằm hàng năm ở chỗ tối, nhưng lần nào cũng vậy, hình mẫu vẫn hiện lên trên tấm kính ảnh.

Beccơren đã nảy ra ý nghĩ, tuy chưa hoàn toàn rõ 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 nhìn thấy”.

Cũng trong thời gian này, nhà hoá học người Pháp là Hăngri Muatxan (Antoine Moissan) đã hoàn thiện được phương pháp điều chế urani kim loại tinh khiết. Beccơren đã 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 vã công bố các kết quả mới: ông đợi cho Muatxan thông báo về các cuộc khảo cứu rất thú vị của mình. 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 đã báo cáo về điều chế urani nguyên chất, còn Beccơren thì thuyết trình 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 đã đánh dấu sự mở đầu một kỷ nguyên mới trong vật lý học – kỷ nguyên chuyển hoá các nguyên tố. Từ đây, nguyên tử không còn 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 đã được mở ra cho khoa học.

Rõ ràng là hiện nay urani đã buộc các nhà bác học phải chú ý đến mình. Đồng thời, một câu hỏi nữa đã khiến họ phải quan tâm: phải chăng, chỉ một mình 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 lý học xuất sắc – hai vợ chồng Pie Quyri (Pierre Curie) và Mari Xklođopxca – Quyri (Marie Sklođopxca - Curie), đã giải đáp được câu hỏi này. Nhờ một khí cụ do chồng mình chế tạo, bà Mari Quyri đã 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 tìm thấy ở một nhà thường dân Pari đã được dùng làm phòng 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 lò 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, vì thế mà đã phải làm các thí nghiệm ấy ngoài trời khi thời tiết cho phép hoặc nếu làm trong nhà thì phải mở toang hết các cửa sổ”. Trong nhật ký 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 mình, hai ông bà Quyri không thể mua được lượng quặng urani đủ dùng vì quặng rất đắt. Họ quyết định yêu cầu chính phủ Áo bán rẻ cho mình các chất phế thải của quặng này, mà ở Áo người ta đã 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 đã nhiệt trình ủng hộ hai nhà bác học: vài tấn phế liệu quặng đã được chở đến phòng thí nghiệm của họ ở Pari.

Mari Quyri đã làm việc với một nghị lực phi thường. Việc nghiên cứu các loại vật liệu khác nhau đã xác nhận sự đúng đắn của Beccơren – người đã 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 đã 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 - đã 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 rã phóng xạ còn cao hơn cả urani. Để suy tôn đất nước Ba Lan – quê hương của bà Mari Quyri, hai ông bà đã 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 : đã tìm ra một nguyên tố mới nữa, có tính phóng xạ mạnh hơn urani hàng trăm lần. Các nhà bác học đã gọi nguyên tố này là rađi mà theo tiếng La tinh, nghĩa là “tia”.

Trong một chừng mực nào đó, việc phát hiện ra rađi đã làm cho giới khoa học ít chú ý 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 đã 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 đã đính chính lại một số điểm trong khái niệm về khả năng của urani.

Đầu năm 1939 đã 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 rã 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 lý 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 lý học trẻ tuổi, đầy tài năng, làm việc dưới sự lãnh đạo của Enricô Fecmi tại trường đại học tổng hợp Roma, được người ta gọi một cách thân tình như vậy) đã đặc biệt quan tâm đến urani. Môn vật lý 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 đã 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, thì 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 ý tưởng đó. Vậy thì tại sao không lao vào tìm hiểu xem nguyên tố nhân tạo kia là cái gì, trông nó như thế nào, nó “xử sự” ra sao ? Thế là họ liền bắn phá. Nhưng điều gì đã xảy ra ? Trong urani đã 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 đã có một điều bí ẩn gì 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 đã 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, đã cố gắng trả lời câu hỏi trên. Bà đã 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) đã tìm thấy trong urani không những chỉ có lantan mà còn có cả bari nữa. Thật là bí ẩn này thiếp theo bí ẩn khác!

Han và Stơratxman đã thông báo với bạn mình là nhà vật lý học nổi tiếng Liza Mâytne về thí nghiệm mà họ đã 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 lý học người Mỹ là Lui Anvaret (Louis Alvarez) (sau này đã được trao tặng giải thưởng Noben) đã bắt gặp tin này vào một buổi sáng tháng giêng năm 1939 khi đang ngồi trên ghế cắt tóc. Ông đang bình thản xem lướt qua một tờ báo, bỗng nhiên, một đầu đề khiêm tốn đập vào mắt ông : “Nguyên tử urani đã 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 mình, 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 ý đến những khách qua đường đầy kinh ngạc, nhà vật lý học lao ngay vào phòng thí nghiệm của trường đại học tổng hợp California, nơi ông làm việc, để báo tin cho các bạn đồng nghiệp của mình biết cái tin sốt dẻo này. Lúc đầu, các bạn ông rất sừng sờ trước hình 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 thì họ đã 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 còn khám phá ra được một sự thật rất quan trọng nữa : sự phân rã 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 đã nung được một mẩu urani. Nếu như có nhiều hạt nhân bị phá vỡ thì sẽ phát ra một lượng năng lương khổng lồ.

Vậy tìm 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 đã biết chỉ cung cấp được một số lượng nơtron nhỏ hơn nhiều tỉ lần so với số cần thiết. Nhưng rồi chính thiên nhiên đã đến giúp sức. Jôlio – Quyri đã phát hiện ra rằng khi hạt nhân urani bị phân rã, 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 rã mới – cái gọi là phản ứng dây chuyền sẽ bắt đầu. Bởi vì các quá trình 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 đã rõ ràng. Tuy vậy, người ta đã 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 gì vậy? Fređeric Jôlio – Quyri chưa thể giải đáp được câu hỏi này.

Nhưng rồi lời giải đáp đã được tìm ra. Các nhà bác học Xô - viết trẻ tuổi là Ia. B. Zenđovich và Iu. B. Khariton đã tìm được cũng trong năm 1939. Qua các công trình nghiên cứu của mình, hai ông đã 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, vì 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 thì xác suất trúng đích của các nơtron tất nhiên cũng tăng lên.

Còn 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. Còn “ông anh” này thì 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 đã lợi dụng tính chất này để điều chế các nguyên tố siêu urani nhân tạo. Còn sự thờ ơ của urani – 238 đối với nơtron thì rất nguy hại cho phản ứng dây chuyền, nó làm cho quá trình phản ứng suy yếu vì không kịp “lấy lại sức”. Bởi vậy, trong urani càng có nhiều nguyên tử “khao khát” nơtron (tức là đồng vị urani – 325) thì phản ứng sẽ xảy ra càng mạnh.

Nhưng để cho phản ứng bắt đầu được thì 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 đã dùng trong các công trình nghiên ư cứu của mình ; 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 đã tìm thấy nó. Trong những năm 1939 – 1940, khi nghiên cứu biến trạng của urani, họ đã đi đến kết luận rằng, các hạt nhân của nó có khả năng tự phân rã. Kết quả các thí nghiệm do họ tiến hành ở Lêningrat đã xác nhận điều đó.

Song cũng có thể bản thân urani không tự phân rã, 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 lòng đất, nơi mà các “vị khách vũ trụ” này không thể đến được. Sau khi hỏi ý kiến I. V. Kurchatop – nhà nguyên tử học Xô - viết vĩ đại nhất, các nhà nghiên cứu trẻ tuổi đã tiến hành thí nghiệm tại một ga tàu điện ngầm nào đó ở Maxcơva. Điều đó không gặp trở ngại gì ở Bộ dân uỷ phụ trách đường giao thông, nên chẳng bao lâu, một bộ khí cụ thí nghiệm nặng gần ba tấn đã được các cán bộ khoa học khuân đến phòng 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 ý nghĩa của chúng thật khó đánh giá hết được. Cuối cùng đã thu được những kết quả tương tự như trước đây đã nhận được ở Lêningrat. Chẳng phải nghi ngờ gì nữa, hiện tượng tự phân rã 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 thì chỉ có một phân tử bị phân rã. Thật đúng là giọt nước trong biển cả!

K. A. Petgiăc và G. N. Flerop đã 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 đã 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 đã 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 mình ở đây. Nhưng muốn vậy thì 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) đã 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 trình sắp làm của E. Fecmi và L. Xinlac (L. Szilard) mà tôi đã tìm 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 đã kêu gọi chính phủ Mỹ tài trợ cho các công trình nghiên cứu về urani. Do uy tín rất lớn của Anhxtanh và tính chất nghiêm trọng của tình hình thế giới, Ruzơve đã đồng ý.

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 gì 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 mình – thực hiện phản ứng dây chuyền phân rã hạt nhân urani có kiểm soát. Công việc xây dựng lò phản ứng hạt nhân đầu tiên trên thế giới đã được tiến hành suốt ngày đêm trong vòng một năm.

Buổi sáng ngày 2 tháng mười hai năm 1942 đã đến. Suốt đêm, các nhà bác học đã 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 đã cho phép tin rằng, phản ứng trong lò 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 đã sáng từ lâu, đã đến giờ ăn sáng, nhưng mọi người đã quên điều đó – tất cả đều nóng lòng bắt tay vào trận tấn công nguyên tử càng nhanh càng tốt. Tuy nhiên, Fecmi không vội vã : cần phải để cho những người đã 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 thì Fecmi cất câu nói nổi tiếng của mình – 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 mình – 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 gõ lách cách như súng liên thanh. Dường như chúng bị “sặc” vì lượng nơtron quá lớn, không đếm kịp! Phản ứng dây chuyền đã 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 đã quy ước từ trước : “Nhà hàng hải người Italia đã cập bến Tân đại lục!”. Điều đó có nghĩa là nhà bác học xuất sắc người Italia Enricô Fecmi đã giải phóng được năng lượng hạt nhân nguyên tử và đã chứng minh được rằng, con người có thể kiểm soát và sử dụng năng lượng này theo ý muốn của mình.

Nhưng ý muốn có ý muốn tốt ý 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 đã đi tiếp tục theo chính hướng này.

Bầu không khí trong giới khoa học có liên quan với công việc này đã cực kỳ căng thẳng. Và ngay cả ở đây cũng không tránh khỏi những chuyện tức cười.

Mùa thu năm 1943, người ta đã quyết định đưa nhà vật lý 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 lý 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 đã đựng thứ nước nặng vô cùng quý giá mà ông giữ gìn như chính con ngươi của mắt mình: theo ý kiến của nhiều nhà bác học nguyên tử thì chính nước nặng này có thể dùng để làm giảm tốc độ của nơtron trong phản ứng hạt nhân. Bo đã phải vất vả chịu đựng sự mệt nhọc trong chuyến bay, và khi vừa mới hồi sức thì việc đầu tiên của ông là kiểm tra xem cái chai nước nặng có còn nguyên vẹn nữa hay không. Thật là buồn phiền hết chỗ nói, nhà bác học đã chợt nhận ra là mình đã trở thành nạn nhân của tính đãng trí của chính mình : trong tay ông là cái chai đựng bia Đan Mạch chính cống, còn cái chai nước nặng thì vẫn nằm trong tủ lạnh ở nhà ông.

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 mình lái ô tô, chẳng ai nói cho y biết cái gì nằm trong chiếc hộp nhỏ mà người ta đưa cho y, nhưng đã 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 đã bị bật tung lên, y nhảy ra khỏi ô tô và chạy nhanh đến mức mà y không thể tưởng tượng nổi. Nhưng khi đã chạy được một quãng khá xa, y dừng lại vì kiệt sức và tin chắc rằng, mình vẫn còn nguyên vẹn và vô sự, thậm chí còn dám ngoái cổ nhìn lại. Lúc ấy, sau ô tô của y, đoàn xe cứ kéo dài mãi và sốt ruột bóp còi inh ỏi. Y đành phải quay lại và tiếp tục cuộc hành trình. Nhưng vừa ngồi vào buồng lái thì 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. Mãi đến khi người cảnh sát giận dữ đuổi kịp y bằng mô tô và xem xét giấy tờ thì người lái xe hốt hoảng ấy mới biết rằng, những phát nổ kia là từ trường bắn cạnh đấy vọng sang, vì 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 trình giấy chứng minh mang tên Facmơ, còn Vigne thì không tìm thấy giấy tờ của mình. Người lính gác có danh sách những ai được ra vào nhà máy. Y hỏi: “Tên ông là gì ?”. Nhà bác học đãng trí chợt nói lẩm bẩm “Vigne” theo thói quen nhưng bỗng nhớ ra và cải chính là “Vagne”. Điều đó đã làm cho tên lính gác nghi ngờ bằng - Vagne thì có trong danh sách còn Vigne thì không. Y quay sang phía Fecmi mà y đã 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 đã 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 đã trở thành ngày đen tối trong lịch sử nền văn minh. Thành tựu vĩ đại nhất đã sinh ra tấn thảm kịch khủng khiếp nhất của loài người.

Trước các nhà bác học, trước toàn thế giới, một câu hỏi đã được đặt ra: làm gì 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 lãnh đạo của viện sĩ I. V. Kurchatop đã đặt bước chân đầu tiên trên con đường đó. Ngày 27 tháng sáu năm 1954, đài phát thanh Maxcơva đã 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 đã hoàn thành tốt đẹp”. Lần đầu tiên, chạy dọc theo các dây dẫn là dòng điện mang theo năng lượng được sản sinh trong lòng nguyên tử urani.

Việc khởi động nhà máy điện nguyên tử đầu tiên đã mở đầu cho sự phát triển của một ngành kỹ thuật mới - ngành năng lượng học hạt nhân. Urani đã trở thành nhiêu liệu hòa bình của thế kỷ XX.

Sau đó năm năm, tàu phá băng nguyên tử đầu tiên trên thế giới mang tên “Lênin” đã 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 mã 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 thì phải dùng những chuyến tàu thông thường như đoàn tàu chạy trên tuyến đường Luân Đôn - Niuooc chẳng hạn. Còn con tàu nguyên tử với dự trữ nhiên liệu urani chừng vài chục kilôgam thì có thể phá băng ở vùng Bắc cực liên tục trong vòng ba năm mà không cần ghé vào cảng để tiếp nhiên liệu.

Năm 1974, tàu phá băng nguyên tử “Bắc cực” còn mạnh hơn nữa đã bắt đầu thực hiện những “trọng trách của mình: công suất của nó là 75 ngàn mã 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” đã lên đến đúng cực bắc. Ước mơ hàng bao thế kỷ của nhiều thế hệ thủy thủ và các nhà khảo sát địa cực đã được thực hiện, và urani đã đóng góp công sức của mình vào việc giải quyết vấn đề này. Chiếc tàu phá băng nguyên tử mạnh nhất này đã 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 lò phản ứng dùng nơtron nhanh đã bắt đầu hoạt động ở Liên Xô. Đặc điểm quan trọng của loại lò 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 lò phản ứng không những giải phóng được năng lượng khổng lồ, mà còn tạo nên nguyên tố nhân tạo poloni - 239 là nguyên tố có khả năng tự phân rã, tức cũng là một nguồn năng lượng hạt nhân nữa. I. V. Kurchatop đã viết: “Đốt than trong lò, dù thu được gì đi nữa, vẫn cào khá nhiều than ra cùng với tro”.

Những ưu điểm của nhiên liệu hạt nhân thật là rõ ràng, chẳng phải nghi ngờ gì 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, vì chung quy lại thì các chất gây chết chóc ấy vẫn còn 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 đã nêu ra ý 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 còn quá đắt đối với người gửi, nhưng theo ý kiến của một số chuyên gia có tinh thần lạc quan thì mất chục năm nữa, những dịch vụ vận tải kiểu này sẽ trở nên hoàn toàn hợp lý.

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 hòn đảo nhân tạo và tưới nước tràn ngập cho các sa mạc, đó là sự xâm nhập vào lòng 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!

Mục lục

• Kể chuyện về kim loại

Nhóm →

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

↓ Chu kỳ

1

1 H

2 He

2

3 Li

4 Be

5 B

6 C

7 N

8 O

9 F

10 Ne

3

11 Na

12 Mg

13 Al

14 Si

15 P

16 S

17 Cl

18 Ar

4

19 K

20 Ca

21 Sc

22 Ti

23 V

24 Cr

25 Mn

26 Fe

27 Co

28 Ni

29 Cu

30 Zn

31 Ga

32 Ge

33 As

34 Se

35 Br

36 Kr

5

37 Rb

38 Sr

39 Y

40 Zr

41 Nb

42 Mo

43 Tc

44 Ru

45 Rh

46 Pd

47 Ag

48 Cd

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Te

53 I

54 Xe

6

55 Cs

56 Ba

57 La

*

72 Hf

73 Ta

74 W

75 Re

76 Os

77 Ir

78 Pt

79 Au

80 Hg

81 Tl

82 Pb

83 Bi

84 Po

85 At

86 Rn

7

87 Fr

88 Ra

89 Ac

**

104 Rf

105 Db

106 Sg

107 Bh

108 Hs

109 Mt

110 Ds

111 Rg

112 Uub

113 Uut

114 Uuq

115 Uup

116 Uuh

117 Uus

118 Uuo

* Nhóm Lantan

58 Ce

59 Pr

60 Nd

61 Pm

62 Sm

63 Eu

64 Gd

65 Tb

66 Dy

67 Ho

68 Er

69 Tm

70 Yb

71 Lu

** Nhóm Actini

90 Th

91 Pa

92 U

93 Np

94 Pu

95 Am

96 Cm

97 Bk

98 Cf

99 Es

100 Fm

101 Md

102 No

103 Lr

Các nhóm cùng gốc trong bảng tuần hoàn

Kim loại kiềm	Kim loại kiềm thổ	nhóm Lantan	nhóm Actini	Kim loại chuyển tiếp
Kim loại yếu	Á kim	Phi kim	Halôgen	Khí trơ

Trạng thái ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn

• Màu số nguyên tử đỏ là khí ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn
• Màu số nguyên tử lục là chất lỏng ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn
• Màu số nguyên tử đen là chất rắn ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn

Tỷ lệ xuất hiện tự nhiên

• Viền liền: có đồng vị già hơn Trái Đất (chất nguyên thủy)
• Viền gạch gạch: thường sinh ra từ phản ứng phân rã các nguyên tố khác, không có đồng vị già hơn Trái Đất
• Viền chấm chấm: tạo ra trong phòng thí nghiệm (nguyên tố nhân tạo)
• Không có viền: chưa tìm thấy

Liên kết đến đây

• Kể chuyện về kim loại
• Kể chuyện về kim loại/Li
• Kể chuyện về kim loại/Be
• Kể chuyện về kim loại/Mg
• Kể chuyện về kim loại/Al
• Kể chuyện về kim loại/Ti
• Kể chuyện về kim loại/V
• Kể chuyện về kim loại/Cr
• Kể chuyện về kim loại/Mn
• Kể chuyện về kim loại/Fe

Xem thêm liên kết đến trang này.