Vào lúc 5:30 sáng ngày 16/7/1945, vụ thử nghiệm hạt nhân đầu tiên trên thế giới, mang mật danh “Trinity”, đã diễn ra tại sa mạc New Mexico. Đây là bước kiểm chứng quan trọng cho những nghiên cứu bí mật trong Dự án Manhattan và là tiền đề cho hai quả bom nguyên tử được thả xuống Hiroshima và Nagasaki chỉ vài tuần sau đó.
Kể từ đó, công nghệ vũ khí hạt nhân đã phát triển mạnh mẽ, với hàng loạt quốc gia xây dựng kho vũ khí riêng. Riêng Mỹ hiện đang sở hữu hơn 5.000 đầu đạn hạt nhân. Tuy nhiên, dù những nguyên lý khoa học cơ bản về phản ứng hạt nhân không còn là điều bí mật, việc chế tạo một quả bom hạt nhân vẫn là một thách thức lớn về mặt kỹ thuật và kỹ sư. Nhưng vì sao lại như vậy?
Lý do vũ khí hạt nhân vẫn khó chế tạo
Một trong những rào cản lớn nhất là việc sản xuất vật liệu phân hạch – thành phần cốt lõi giúp tạo ra vụ nổ hạt nhân. Hans Kristensen, giám đốc Dự án Thông tin Hạt nhân tại Liên đoàn Các Nhà Khoa học Mỹ, giải thích rằng quá trình này đòi hỏi công suất công nghiệp khổng lồ và độ tinh khiết cực cao của vật liệu.
Bên trong mỗi quả bom nguyên tử là phản ứng phân hạch – một chuỗi phản ứng dây chuyền xảy ra khi các nguyên tử bị tách ra, giải phóng năng lượng khổng lồ. Đây cũng là nguyên lý hoạt động của các nhà máy điện hạt nhân.
Hai nguyên tố chính được sử dụng để tạo ra phản ứng này là uranium và plutonium – nhưng để có thể dùng trong vũ khí, chúng phải trải qua quá trình làm giàu vô cùng phức tạp.
Matthew Zerphy, giáo sư ngành kỹ thuật hạt nhân tại Đại học Penn State, cho biết rằng uranium khai thác từ tự nhiên chủ yếu là Uranium-238 (U-238), loại không thể sử dụng trực tiếp trong vũ khí hạt nhân. Để làm được điều đó, cần phải chuyển hóa thành Uranium-235 (U-235), một đồng vị có khả năng duy trì phản ứng phân hạch.
Quá trình làm giàu uranium thường được thực hiện bằng phương pháp ly tâm, trong đó uranium được chuyển thành dạng khí và quay với tốc độ cực cao. Nhờ sự chênh lệch về khối lượng giữa U-238 và U-235, người ta có thể tách được uranium có độ tinh khiết cao.
Để chế tạo uranium cấp vũ khí, ít nhất 90% U-238 trong mẫu vật phải được chuyển đổi thành U-235. Đây là một quá trình tiêu tốn rất nhiều năng lượng, đòi hỏi công nghệ tiên tiến và có thể kéo dài từ vài tuần đến vài tháng.
So với uranium, plutonium còn khó xử lý hơn. Nguyên tố này không tồn tại tự nhiên mà chỉ có thể được thu nhận từ các lò phản ứng hạt nhân, nơi nó hình thành như một sản phẩm phụ từ nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng. Để chiết xuất plutonium, các nhà khoa học phải xử lý nhiên liệu hạt nhân đã qua sử dụng, một công việc cực kỳ nguy hiểm vì mức độ phóng xạ cao.
Không chỉ vậy, một mối nguy hiểm tiềm tàng khác là phản ứng tới hạn không kiểm soát. Nếu vô tình thu thập một lượng plutonium hoặc uranium vượt quá mức an toàn trong quá trình làm giàu, nó có thể tự động gây ra một vụ nổ hạt nhân.
Điều gì làm cho bom hạt nhân trở nên hủy diệt đến vậy?
Dù nguyên lý phản ứng phân hạch đã được biết đến, việc kích nổ và kiểm soát phản ứng trong một khoảng thời gian cực ngắn vẫn là một thách thức công nghệ lớn.
Zerphy giải thích rằng khi một quả bom hạt nhân phát nổ, nó phải tạo ra một khối siêu tới hạn của vật liệu phân hạch chỉ trong tích tắc, để kích hoạt chuỗi phản ứng dây chuyền trên diện rộng.
Với bom nhiệt hạch (còn gọi là bom H), quá trình này còn phức tạp hơn. Ngoài phản ứng phân hạch ban đầu, nó còn kích hoạt một phản ứng nhiệt hạch thứ cấp, tương tự như phản ứng xảy ra trong lõi Mặt Trời. Chính điều này đã giúp bom H có sức công phá mạnh gấp hàng nghìn lần bom nguyên tử thả xuống Nhật Bản vào năm 1945.
Sau khi chế tạo thành công, các loại vũ khí hạt nhân cần được kiểm tra và đảm bảo rằng chúng sẽ hoạt động như mong muốn. Trước đây, các quốc gia đã tiến hành thử nghiệm thực địa, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường và con người sống gần các khu vực thử nghiệm.
Ngày nay, phần lớn quá trình kiểm tra vũ khí hạt nhân được thực hiện bằng 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 điều kiện khác nhau mà không cần thử nghiệm thực tế.
Một phát ngôn viên của NNSA cho biết rằng họ phát triển các công cụ kiểm tra và mô phỏng tiên tiến để đảm bảo vũ khí có thể hoạt động chính xác trong mọi kịch bản, đồng thời duy trì độ tin cậy của kho vũ khí hạt nhân Mỹ.
Sự phức tạp và nguy hiểm trong quá trình chế tạo vũ khí hạt nhân giải thích vì 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, mà các quốc gia còn phải đầu tư hệ thống cơ sở hạ tầng khổng lồ để sản xuất và bảo trì kho vũ khí hạt nhân.
Công nghệ | Tổng hợp tin tức Công nghệ mới nhất trong ngày
Trả lời
Bạn phải đăng nhập để gửi phản hồi.