Vũ khí hạt nhân và những điều bạn có thể chưa biết
Vũ khí hạt nhân là một khái niệm để chỉ các loại bom, đầu đạn khi nổ giải phóng ra năng lượng hạt nhân. Đây là một khái niệm rất dễ gây nhầm lẫn khi sử dụng, bởi không phải loại vũ khí hạt nhân nào cũng như vậy.
Vũ khí hạt nhân
Thông thường định nghĩa về Vũ khí hạt nhân là một khái niệm để chỉ các loại vũ khí khi nổ giải phóng ra năng lượng hạt nhân. Đây là một khái niệm rất dễ gây nhầm lẫn khi sử dụng. Ví dụ như một quả tên lửa hạt nhân, thực tế chỉ đầu đạn của nó mới có khả năng giải phóng năng lượng hạt nhân.
Khái niệm vũ khí hạt nhân cũng nên được rạch ròi khỏi "năng lượng hạt nhân". Ví dụ như các tàu sân bay hạt nhân của Mỹ là các tàu sân bay sử dụng nặng lượng hạt nhân để hoạt động, việc này không đồng nghĩa với việc các tàu sân bay hạt nhân có khả năng tấn công hạt nhân. Để có khả năng tấn công hạt nhân, mọi phương tiện cần được trang bị vũ khí hạt nhân.
Ảnh minh họa: Koreanews.
Tên lửa đạn đạo liên lục địa (ICBM)
Đây là loại tên lửa liên lục địa có tầm bắn cực cao và cực xa, tuy nhiên không được sử dụng để đẩy vệ tinh ra ngoài không gian mà lại được sử dụng để mang vũ khí hạt nhân tới lãnh thổ của đối phương. Về mặt cơ bản, mọi tên lửa có tầm bắn từ 5500 km trở lên đều được coi là tên lửa hành trình liên lục địa.
Ảnh minh họa: Wiki.
Tính tới năm 2018, các tổ chức độc lập của thế giới đã thống kê Mỹ đang có khoảng 800 tên lửa ICBM trong kho dự trữ của nước này, trong khi đó Nga có khoảng 1140 tên lửa ICBM (lưu ý, số lượng tên lửa ICBM và số lượng đầu đạn hạt nhân được đặt lên tên lửa ICBM khi phóng đi là khác nhau hoàn toàn, một nước có thể chỉ có 100 tên lửa ICBM nhưng hoàn toàn có thể có hàng nghìn đầu đạn hạt nhân).
Tên lửa đạn đạo liên lục địa không phải là vũ khí hạt nhân, nó chỉ trở thành vũ khí hạt nhân khi người ta gắn đầu đạn hạt nhân cho nó. Thực tế do ICBM quá đắt đỏ, nó thường được gắn đầu đạn hạt nhân để "bõ công" cho mỗi phát bắn.
Đồng vị phóng xạ
Mỗi một nguyên tố hóa học trên bảng tuần hoàn đều có tính chất hóa học duy nhất nhưng có thể có các trọng lượng hoặc đồng vị khác nhau. Ví dụ, Hydro là nguyên tử nhỏ nhất được tạo thành bởi một proton mang điện tích dương trong lõi hạt nhân của nó, được viết tắt là H-1 với trọng lượng nguyên tử của nó là 1. Nếu thêm một neutron vào, ta có đồng vị deuterium ký hiệu H-2, tương tự với Tritium ký hiệu H-3.
Trong lĩnh vực hạt nhân, Deuterium và Tritium có thể tạo ra các vụ nổ nhiệt hạch vì các neutron phụ của chúng có thể tác động tới các nguyên tử helium (bao gồm hai proton), dẫn tới phản ứng dây chuyền để tạo ra năng lượng cực kỳ mạnh.
Uranium: U-238, U-235 và U-233
Đây là một thành phần quan trọng bậc nhất trong sản xuất vũ khí hạt nhân. Chất này có thể xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng quặng, khoáng chất và có một vài đồng vị quan trọng.
Ảnh minh họa: Wiki.
Trong Uranium thì U-238 chiếm tới 99,27% với đặc tính tự nhiên và trơ. U-235 chỉ tồn tại với số lượng ít hơn 1% dưới dạng quặng. Tuy nhiên, U-235 mới là thành phần quan trọng nhất để sử dụng làm lò phản ứng hạt nhân hoặc bom. Đặc tính của U-235 đó là nó sẽ bị mất đi độ ổn định khi bị tác động bởi một neutron khác. Việc U-235 bị tác động bởi một neutron sẽ dẫn tới phản ứng phân chia hạt nhân (hay còn gọi là phân hạch), giải phóng một lượng năng lượng khồng lồ, bắn ra nhiều neutron hơn và các hạt U-235 khác lại bắt được các hạt neutron này và tiếp tục phân hạch tạo nên phản ứng dây chuyền. Mỹ đã sử dụng U-235 trên quả bom Little Boy để thả xuống Hiroshima năm 1945.
U-233 là một đồng vị khác, có thể được chế tạo thành vũ khí nhưng nó thường chỉ được sử dụng trong các lò phản ứng hạt nhân trong quá khứ, hiện giờ U-233 đã không còn được sử dụng.
Plutonium: Pu-238, Pu-239 và Pu-240
Khác với Uranium, Plutonium là một nguyên tố kim loại không xuất hiện trong tự nhiên, khái niệm Plutonium thường được dùng khi đề cập tới lại đồng vị Pu-239 - vật liệu quan trọng bậc nhất của các loại vũ khí hạt nhân hiện đại ngày nay.
Pu-239 cũng như mọi loại Plutonium khác chỉ có thể được tạo ra ở trong các lò phản ứng hạt nhân. Pu-239 ra đời bằng cách chiếu xạ U-238 bằng neutron. Plutonium sau đó có thể tách ra khỏi U-238 và được tập trung lại, tạo thành lõi của vũ khí hạt nhân.
Pu-239 có thể dễ dàng kích nổ một vụ nổ hạt nhân hơn Uranium, khiến cho vũ khí hạt nhân có thể ra đời với chi phí thấp hơn, trọng lượng và kích thước nhỏ hơn, dễ triển khai hơn.
Pu-240 thực tế lại chỉ là một sản phẩm không mong muốn, được các nhà khoa học vô tình phát hiện ra khi nghiên cứu Pu-239. Loại Pu-240 này có đặc tính là độ phát xạ cực cao, dễ khiến vũ khí mất đi độ ổn định. Tuy nhiên NASA lại rất thích loại đồng vị phóng xạ này nó giúp cung cấp năng lượng và nhiệt lượng cho các loại... robot không người lái của họ hoạt động trên các hành tinh lạnh lẽo, xa xôi cách trái đất hàng triệu kilomets.
"Bánh Vàng"
Là một khái niệm để chỉ một loại bột Uranium oxit có màu vàng, được tạo thành bằng cách lọc Uranium từ quặng tự nhiên và xử lý hóa học. Với nhiều cách xử lý khác nhau, Bánh Vàng có thể có màu sắc khác nhau nhưng đặc tính kỹ thuật vẫn giữ nguyên.
Ảnh minh họa: BI.
Bột vàng là dạng Urani tự nhiên khá nguyên chất, với khoảng 99,72% là U-238 và phần còn lại là U-235. Đây là một thành phần cực kỳ quan trọng cho giai đoạn đầu của sản xuất vũ khí hạt nhân vì từ Bánh Vàng, người ta có thể tách ra được U-235 - thành phần quan trọng nhất trong chế tạo vũ khí hạt nhân theo công nghệ thời Chiến tranh Thế giới thứ hai.
Máy ly tâm
Đồng vị U-235 và U-238 giống nhau về cả mặt hóa học, trọng lượng chênh lệch nhau cực ít. Vì vậy muốn tách rời chúng từ Bánh Vàng, cách dễ dàng, rẻ tiền và hiệu quả nhất chính là sử dụng máy ly tâm.
Quá trình này bắt đầu với việc chuyển đổi Bánh Vàng thành Uranium Hexafluoride (UF 6), sau đó làm nóng hợp chất để biến chúng thành dạng khí và tống vào máy ly tâm. Máy ly tâm hạt nhân có một ống rỗng cao, xoay nhanh hơn tốc độ của âm thanh, khi xoay, U-238 do nặng hơn U-235 nên sẽ dạt về hai phía đầu của ống rỗng, trong khi đó U-235 lại nằm ở phía giữa do có trọng lượng nhẹ.
Quy trình nghe có vẻ đơn giản nhưng có thể cần tới hàng nghìn máy ly tâm và nhiều năm trời xoay liên tục để tạo ra số lượng U-235 đủ cho một vũ khí hạt nhân duy nhất.
Uranium giàu và Uranium nghèo
Như đã nói ở trên, Uranium bao gồm U-235 và U-238. Tuy nhiên không phải đồng vị Uranium nào cũng có thể tạo ra được vũ khí hạt nhân, mức độ "giàu" và "nghèo" của Uranium phụ thuộc vào lượng U-235 có trong nó - thứ quan trọng nhất để tạo ra vũ khí hạt nhân.
IAEA vận chuyển lượng Uranium độ giàu cao ra khỏi Việt Nam tháng 7/2013. Nguồn ảnh: Scninuemk.
Uranium được coi là Uranium giàu khi nó có lượng U-235 chiếm 20% - đủ để kích hoạt một vụ nổ hạt nhân cỡ nhỏ. Uranium độ giàu cao với lượng U-235 chiếm 80% đủ để chế tạo mọi loại vũ khí hạt nhân với vụ nổ lực lớn, bán kính nổ rộng tùy thuộc vào khối lượng đầu đạn.
Tương tự, khái niệm Uranium nghèo có nghĩa là lượng đồng vị U-235 dưới 20%, không đủ để làm vũ khí hạt nhân nhưng đủ để sử dụng cho lò phản ứng hạt nhân và động cơ điện hạt nhân.
Lithium Deuterium
Là muối trắng được tạo thành từ một nguyên tử Lithium và một nguyên tử Deuterium (H-2).
Đây là thành phần cực kỳ quan trọng trong vũ khí nhiệt hạch, còn được gọi là bom Hydro (bom H), loại vũ khí hạt nhân mạnh nhất. Ví dụ như quả bom Sa hoàng của Nga cho kích nổ vào năm 1961 có sức mạnh gấp 3.300 lần vụ nổ bom ở Hirosima năm 1945.
Một vũ khí nhiệt hạch thực sự thực chất là sự kết hợp hai quả bom trong một. Trong đó, năng lượng từ vụ nổ đầu tiên được hấp thụ và đốt cháy Lithium Deuterium, dẫn đến phản ứng tổng hợp nơi hai nguyên tử kết hợp, tạo ra sóng plasma nóng gấp nhiều lần nhiệt độ của mặt trời.
Quá trình này cũng tạo ra rất nhiều Neutron, những hạt Neutron này giống như những viên đạn, có thể đâm vào và chia ra rất nhiều U-238 bên trong quả bom, tạo ra năng lượng hủy diệt vượt ngoài sức tưởng tượng.
