Những hứa hẹn của Plutonium

Dư luận bàn tán khá nhiều về nguy cơ của plutonium. Có ý kiến rằng plutonium là một đe dọa cho môi trường vì có chu kỳ (hay nửa đời) hơn 24.000 năm. Có ý kiến rằng plutonium là nguyên liệu cho bom nguyên tử nên là một đe dọa cho hòa bình Thế-giới.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Những hứa hẹn của Plutonium Những hứa hẹn của Plutonium KS Đặng Đình CungDư luận bàn tán khá nhiều về nguy cơ của plutonium. Có ý kiến rằngplutonium là một đe dọa cho môi trường vì có chu kỳ (hay nửa đời) hơn24.000 năm. Có ý kiến rằng plutonium là nguyên liệu cho bom nguyên tửnên là một đe dọa cho hòa bình Thế-giới. Và lẽ cố nhiên có ý kiến rằngplutonium rất nguy hiểm vì cả hai lý do trên.Để làm sáng tỏ những điều này chúng tôi xin trình bày một số khái niệmvật lý hạt nhân, những áp dụng dân sự và những áp dụng quân sự củaplutonium.I/ Một chút vật lýPlutonium là một nguyên tử đứng ở vị trí thứ 94 trong bảng Mendelev.Người ta đã xác định được 15 đồng vị plutonium trong đó có năm đồng vịcó tỷ lệ đáng kể. Đó là những đồng vị Pu-238, Pu-239, Pu-240, Pu-241 vàPu-242.Ngoài đồng vị Pu-241 ra, những đồng vị plutonium khác đều có hoạt tínhthấp. Những đồng vị đó là những vật phóng xạ alpha. Đống vị Pu-241 cóthể tự phân rã theo phản ứng bêta và trở thành đồng vị americium Am 241,một vật phóng xạ alpha không ổn định nguy hiểm cho sức khỏe. Nhưng tỷlệ sản xuất đồng vị Pu-241 trong những lò phản ứng hạt nhân lại khôngđáng kể. Vì thế plutonium không phải là một hiểm nguy phóng xạ trừ khixâm nhập cơ thể. Ngược lại, vì có số nguyên tử lớn nên plutonium có thể bịcoi là một chất độc nếu xâm nhập cơ thể sinh vật. Tuy nhiên, cũng tại vìkhối lượng nguyên tử quá lớn, plutonium không thể chuyển vào dây chuyềnthực phẩm một cách tự nhiên và nếu đã xâm nhập cơ thể thì cũng không ởlâu để làm hại. Vì những lý do đó mà việc thất lạc một chút plutoniumkhông phải là một rủi ro cho môi trường.Trong ngành vật lý hạt nhân người ta phân biệt những vật liệu khả phânhạch và những vật liệu phong phú. Những vật liệu khả phân hạch gồm bởinhững hạt nhân có thể bị neutron đập vỡ sinh ra những hạt nhân khác nhẹhơn, gọi là sản phẩm phân hạch, năng lượng và vài neutron nữa. Nhữngneutron bội sản này có thể đập vỡ những hạt nhân khác tạo nên một dâychuyền phản ứng sinh ra neutron và năng lượng. Những đồng vị phong phúgồm bởi những hạt nhân có thể hấp thụ neutron để trở nên hạt nhân khảphân hạch.Người ta cũng phân biệt neutron mau lẹ và neutron chậm. Khi một hạt nhânphân hạch và sinh ra neutron thì tốc độ những neutron đó là khoảng 20.000km/giây. Ở tốc độ đó neutron được gọi là neutron mau lẹ. Sau khi va chạmvới những vật có mặt trong lò phản ứng tốc độ sẽ giảm. Khi tốc độ giảmxuống dưới một vài nghìn mét/giây thì neutron được gọi là neutron chậmhay neutron nóng.Tất cả những đồng vị plutonium đều có thể bị neutron mau lẹ phân hạch.Những đồng vị Pu-239 và Pu-241 cũng có thể bị những neutron chậm phânhạch. Ngoài việc là đồng vị khả phân hạch, những đồng vị Pu-238 vàPu-240 cũng có thể hấp thụ neutron để trở nên những đồng vị khả phânhạch Pu-239 và Pu-241.Những hiên tượng trên xẩy ra trong tất cả những lò phản ứng hạt nhân :những lò dùng để nghiên cứu khoa học cũng như những lò dùng để sản xuấtnăng lượng, những lò phản ứng neutron mau lẹ cũng như những lò phảnứng neutron chậm. Vì thế mà plutonium được coi là một nguyên liệu quýbáu của ngành hạt nhân chứ không phải là một phế liệu có thể bị vứt bỏngoài môi trường thiên nhiên.Khi địa cầu được hình thành thì có khá nhiều đồng vị plutonium Pu-239còn những đồng vị plutonium khác thì không đáng kể. Chu kỳ của đồng vịPu-239 chỉ là 24.110 năm nên, từ khi địa cầu được hình thành cách đâynăm tỷ năm, tất cả những hạt nhân của đồng vị này đã phân rã thành nhữngđồng vị khác rồi. Hiện nay không còn plutonium Pu-239 tự nhiên nữa trừmột chút ở Oklo bên Gabon.Địa điểm Oklo có địa hình tạo ra một lò phản ứng hạt nhân tự nhiên đã khởiđộng từ hai tỷ năm nay. Như mọi lò phản ứng hạt nhân, lò này sinh ranhững đồng vị plutonium. Đây là nơi duy nhất người ta tìm thấy plutoniumkhông phải do con người tạo ra. Hiện tượng này đang được nghiên cứu đểdự đoán tương lai những phế liệu phóng xạ của những lò phản ứng nhântạo.Rất may là khi địa cầu được hình thành thì cũng có nhiều nguyên tửuranium ở dạng đồng vị U-238. Đồng vị U-238 có chu kỳ 4,5 tỷ năm nênhãy còn rất nhiều trên địa cầu. Đồng vị này có thể dùng làm nguyên liệu đểchế tạo plutonium. Nếu bắn một neutron mau lẹ vào một hạt U-238 thì hạtđó hấp thụ một neutron và sinh ra đồng vị U-239. Đồng vị này không ổnđịnh vì chu kỳ chỉ là 24 phút đồng hồ. Sau khi phân rã, đồng vị uraniumU-239 biến thành đồng vị neptunium Np 239. Đồng vị Np 239 này cũng cóchu kỳ ngắn, hơn hai ngày một chút, nên mau chóng phân rã để trở thànhđồng vị plutonium Pu-239 khả phân hạch và ổn định hơn vì có chu kỳ24.110 năm.Tất cả mọi loại lò phản ứng hạt nhân đều sinh ra plutonium do những hạtnhân trong lò hấp thụ neutron khi những neutron này vừa mới thoát ra khỏimột hạt nhân bị phân hạch. Trong một lò phản ứng neutron mau lẹ thì phảnứng hấp thụ là hiển nhiên vì đồng vị uranium U-238 chỉ có phản ứng hấpthụ ...