Dư luận thế giới vài hôm nay lại rộ lên thông tin về việc Triều Tiên sắp xây xong ḷ phản ứng nước nhẹ và ḷ mới sẽ “hỗ trợ cho chương tŕnh khí hạt nhân của quốc gia này”. Một số bạn đọc gửi về thắc mắc: Vậy ḷ phản ứng hỗ trợ việc chế tạo bom nguyên tử (bom A) như thế nào? Câu hỏi đó chạm đến một vấn đề rộng hơn – bước đi mới của chiến lược hạt nhân Triều Tiên.Uranium và Plutonium: hai anh em sinh đôi
|
| Quả bom nguyên tử "Chú Nhóc Con" tàn phá thành phố Hiroshima (Nhật) năm 1945 |
Hai nguyên tố Plutonium (Pu) và Uranium (U) bắt đầu nổi tiếng là hai nguyên tố được sử dụng làm “thuốc nổ” của loại vũ khí huỷ diệt khủng khiếp – bom nguyên tử - kể từ khi hai quả bom nguyên tử Mỹ hủy diệt hai thành phố Hiroshima và Nagasaki của Nhật, đúng 67 năm trước, tháng 8 năm 1945.
Điều đặc biệt là sự xuất hiện của cặp bom song sinh Uranium và Plutonium cách nhau chỉ 3 ngày. Quả bom U thả xuống thành phố Hirohima vào sáng ngày 6/8/1945. Và trưa 9/8/1845, bom Pu lại dội vào thành phố Nagasaki.
Quả thứ nhất dài 3,3 mét, đường kính 0,7 mét, nặng 4 tấn, có tên gọi là "Chú Nhóc Con" (Little Boy). Quả bom Urani 4 tấn đó thực ra chỉ chứa 1 kg nhiên liệu Uranium với thành phần đồng vị “chất nổ” U235 (c̣n gọi là độ giàu) chiếm trên 90%. Tên gọi mỹ miều vậy, nhưng sức huỷ diệt của nó mạnh tương tự 15 ngàn tấn thuốc nổ thông thường TNT, biến 92% thành phố Hiroshima thành gạch vụn và tro tàn, làm chết hơn 20 vạn người.
Quả bom thứ hai dài khoảng 3,25 mét, đường kính 1,52 cm, nặng 4,5 tấn, được đặt cho một cái tên khá hài hước là "Chàng Béo" (Fat Man). Quả bom Plutoni nặng mấy tấn này cũng chỉ chứa chỉ vài kg nhiên liệu ṛng Plutonium với thành phần chủ yếu là đồng vị “chất nổ” Pu239. Nhưng sức tàn phá của quả bom Plutoni c̣n lớn hơn, tương đương gần 21.000 tấn thuốc nổ TNT, phá huỷ hoàn toàn 6,7 km2 nhà cửa (1/3 số nhà của thành phố Nagasaki) và sát hại 2/3 số dân thành phố (7,3 vạn người chết và 7,5 vạn người bị thương).
Như đă nhấn mạnh ở trên, nhiên liệu “chất nổ” hạt nhân trong bom nguyên tử không phải là tất cả các loại đồng vị của nguyên tố Uranium hay Plutonium nói chung. Trong quả bom Urani chất nổ đó chỉ là đồng vị U235 và trong quả bom Plutoni chỉ là đồng vị Pu235.
Như vậy, chỉ có hai loại đồng vị U235 và là có khả năng gây ra các phản ứng phân hạch dây chuyền. Dưới tác dụng của nơtron, hạt nhân U235 hay Pu239 bị phân ra hai mảnh, toả ra một năng lượng lớn khoảng 200 MeV (200 triệu điện tử-vôn), đồng thời giải phóng 2 - 3 nơtron mới.
Đến lượt ḿnh, các nơtron mới sinh ra lại tạo nên phản ứng phân hạch kế tiếp, quá tŕnh này cứ tiếp diễn và số hạt nhân phân hạch và năng lượng phát ra tăng lên nhanh chóng. Phản ứng dây chuyền này có thể kiềm chế ở trong ḷ phản ứng nhưng cũng có thể không chế ngự để tạo nên sự nổ khủng khiếp trong bom nguyên tử (bom A).
U235 và Pu239: công nghệ khác nhau
Việc chế tạo được một lượng cần thiết các “chất nổ” ṛng U235 hay Pu239 là không đơn giản, nó đ̣i hỏi những công nghệ phức tạp. Hăy bắt đầu với chất nổ hạt nhân U235.
 |
| Quả bom nguyên tử "Chàng Béo" tàn phá Tp Nagasaki (Nhật) năm 1945 |
Lượng Urani tự nhiên tồn tại trong quả đất tương đối ít và kim loại Urani này chỉ gồm hai thành phần đồng vị chủ yếu - U238 và U235, trong đó U238 chiếm hàm lượng áp đảo với 99,7%, c̣n đồng vị nhiên liệu phân hạch U235 lại quá nghèo, chỉ chiếm 0,3% (3 phần ngàn).
Muốn tách được U235 khỏi kim loại Uranium tự nhiên phải sử dụng các công nghệ làm giàu. Hiện nay, có nhiều phương pháp để làm giàu Uranium như: Tách đồng vị điện từ, Khuyếch tán nhiệt, Khuyếch tán khí, Khí động học, Tách đồng vị bằng La-de, Trao đổi iôn và hoá học, Tách Plasma và Khí ly tâm.
Phương pháp phổ biến để làm giàu Uranium hiện nay là phương pháp ly tâm. Muốn đạt độ giàu U235 càng cao và thu được khối lượng nhiên liệu lớn, cần có nhiều máy ly tâm, hàng trăm, hàng ngh́n và thậm chí hàng chục ngh́n cỗ máy. Đó cũng là phương pháp đang sử dụng ở hai nước nhạy cảm, hai đốm lửa hạt nhân hiện nay trên thế giới, Iran và Triều Tiên.
Trong thực tế, khó có thể tách được một lượng U-235 ṛng tuyệt đối.
Chỉ có thể làm giàu đồng vị U-235 trong hỗn hợp kim loại Urani đến một tỉ lệ nhất định. Với độ giàu khoảng 5% (hay U235 giàu 5%), kim loại hỗn hợp Uranium đă có thể dùng làm nhiên liệu cho ḷ phản ứng của nhà máy điện hạt nhân. Trong các ḷ phản ứng nghiên cứu nước nhẹ (như ḷ ở Viện Nghiên cứu Hạt nhân, Đà Lạt) sử dụng nhiên liệu Uranium độ giàu cao với khoảng 35% (trước đây) hay độ giàu thấp với khoảng 20% (hiện nay). Nhưng để làm chất nổ cho bom nguyên tử th́ U-235 phải đạt độ giàu trên 90%.
Khác với trường hợp Uranium, trong tự nhiên hầu như không tồn tại nguyên tố Plutonium, nên việc điều chế Pu239 dựa trên một công nghệ hoàn toàn khác. Quá tŕnh xảy ra như sau: Hạt nhân U238 bắt một nơtrôn chậm và trở thành hạt nhân U239. Gần như tức thời, hạt nhân mới này phát ra liên tiếp 2 hạt bêta để biến thành một hạt nhân hoàn toàn mới, một đồng vị khác của nguyên tố Plutoni, đồng vị Pu239.
Điều may mắn là trong quặng urani tự nhiên có thành phần U238 áp đảo nên phương pháp điều chế Pu239 theo nguyên lư nói trên là tối ưu nhất về kinh tế.
Việc chế tạo “chất nổ” hạt nhân Pu239 theo công nghệ nói trên cũng có thể thực hiện ngay ở trên ḷ phản ứng nước nhẹ với chất làm chậm là nước thường.
Nhưng với mục tiêu chế tạo Pu239 ở quy mô công nghiệp, hiện nay, ḷ phản ứng với chất làm chậm nước nặng (D2O) là công cụ lư tưởng nhất. Trong loại ḷ này chỉ dùng Uranium tự nhiên (không cần làm giàu) để làm nhiên liệu. Nước nặng đóng vai tṛ làm chậm các nơtron nhanh sinh ra trong quá tŕnh hoạt động của ḷ phản ứng, tạo thuận lợi cho sự biến đổi hạt nhân U238 thành hạt nhân Pu239.
Mục tiêu ḷ mới của Triều Tiên?
Chương tŕnh chế tạo vũ khí hạt nhân của Triều Tiên khởi động từ rất sớm. Ḷ phản ứng đầu tiên của Triều Tiên là ḷ nghiên cứu IRT-2000 do Nga lắp đặt năm 1967. Cơ quan năng lượng Mỹ đánh giá rằng, với ḷ với công suất khoảng vài Mêga-oat (MWe) này Triều Tiên có thể đă chế tạo được 1- 2 kilogam Plutonium, nhưng theo một cơ quan quốc tế th́ con số này không quá vài trăm gam, nói chung là không đủ cho một quả bom nguyên tử.
Ḷ thứ hai thuộc loại ḷ Magnox làm chậm bằng khí-graphit với công suất 5MWe. Theo phỏng đoán, với ḷ này Triều Tiên cũng có thể đă sản xuất được hàng chục kg Plutonium, đủ cho từ 3-5 quả bom A với sức công phá thấp tương tự hai quả bom Mỹ ném xuống Nhật bản năm 1945. Với số bom đă chế tạo, Triều Tiên đă tiến hành hai vụ thử vào năm 2006 và 2009.
Ngoài ra, Triều Tiên cũng chủ trương xây hai ḷ phản ứng dùng graphit làm chậm với công suất lớn hơn. Một ḷ công suất cỡ 50 Mwe có khả năng sản xuất 60 kg Plutonium mỗi năm đủ chế tạo 10 quả bom nguyên tử. Ḷ thứ hai 200 Mwe có thể cho 220 kg Plutonium hàng năm, đủ cho 40 quả bom hủy diệt. Nhưng cả hai ḷ này đều bị đóng băng do áp lực quốc tế và Nghị quyết của Hội đồng Bảo an Liên Hiệp Quốc (HĐBALHQ) số 825. Có thể B́nh Nhưỡng đă tranh thủ sản xuất được một lượng đáng kể Plutonium cho cả chục quả bom nguyên tử.
Theo các nhà quan sát thế giới, chủ yếu là của Mỹ và Hàn Quốc, ḷ phản ứng đang xây sắp xong của B́nh Nhưỡng là ḷ nước nhẹ “nghiên cứu” với công suất có thể đạt hàng chục MW. Bên cạnh đó, họ cũng cho biết đang xây dựng một nhà máy làm giàu uranium để sản xuất nhiên liệu làm giàu thấp cho ḷ phản ứng mới này.
Công bố xây dựng một ḷ nước nhẹ nhằm sử dụng cho nghiên cứu và sản xuất đồng vị phóng xạ cho y tế, Triều Tiên đă hướng tới đa mục tiêu.
Trước hết, họ đă t́m được cách thoát khỏi sự ràng buộc với các cam kết quốc tế và không bị quy kết vi phạm nghị quyết HĐBALHQ 825.
Thứ hai là họ có cớ để công khai hóa chương tŕnh làm giàu Uranium với cái lư do sản xuất nhiên liệu cho hoạt động của ḷ phản ứng nước nhẹ mới.
Nhưng, các nhà khoa học cho rằng, khó kiểm soát được B́nh Nhưỡng từ cơ sở làm giàu mới này sản xuất ra Uranium độ giàu cao với tỷ lệ 80-90%. Như vậy, ngoài việc tích cóp Plutonium từ ḷ nước nhẹ (dù rằng sản lượng không nhiều), họ đă công khai mở ra con đường thứ hai chế tạo loại vũ khí hạt nhân mới, bom Uranium.
Trên bàn cờ chính trị thế giới đang nổi lên hai “con mă” cùng ṿng vèo những nước cờ biến ảo, chưa hết Iran lại đến Triều Tiên, chưa xong chuyện bom Plutonium lại đến chuyện bom Uranium. Quả là vỏ quưt dày có móng tay nhọn, và cứ thế ván cờ vũ khí hạt nhân thời đương đại chưa nh́n thấy rơ đâu là hồi kết.
Trần Minh
VNN
Hạt nhân Triều Tiên: Vỏ quưt dày, móng tay nhọn
