Glenn Seaborg: Nhà hạt nhân huyền thoại

Nhà phát minh khổng lồ

Trong sự nghiệp vẻ vang của đời mình Glenn Theodore Seaborg (1912 – 1999) dành nhiều tâm huyết và sức lực nhất và cũng đạt được những thành quả đồ sộ nhất trong lĩnh vực nghiên cứu phát minh các nguyên tố mới chưa hề có mặt trong bảng tuần hoàn các nguyên tố, các hạt nhân nặng hơn Uran (nguyên tử số Z lớn hơn con số 92); hay còn gọi là các nguyên tố siêu uran.

Việc phát hiện một nguyên tố mới để kéo dài thêm bảng tuần hoàn là một sự kiện khoa học đầy hấp dẫn và được ngưỡng mộ trong giới khoa học. Hấp dẫn và ngưỡng mộ vì rất hiếm, không thể tìm thấy trong quả đất chúng ta. Các nguyên tố này chỉ là nhân tạo, và được tạo ra trong một số rất ít phòng thí nghiệm hàng đầu thế giới. Ở đây, mới có thể thực hiện được các thí nghiệm lý tưởng: các tấm bia siêu sạchđược bắn phá trên chùm hạt cực mạnhcủa máy gia tốc hiện đại, và được nhận diện bởi máy phân tách siêu tinh vi.

Phòng thí nghiệm quốc gia mang tên Lawrence ở Berkley (LBNL) là địa chỉ lý tưởng nhất đáp ứng những yêu cầu đó. Nhưng cũng chưa đủ, nếu ở đó thiếu những trí tuệ bậc cao, một nhà hóa học tài ba Glem T. Seaborg sát cánh với các nhà vật lý nổi tiếng Edwin M. McMilan, Philip H. Abelson, Emilio Segre, Albert Ghiorso v.v… Họ tạo thành một tập thể làm việc tuyệt vời, và “Berkley team” ấy, tiếp nối nhau, lập nên chiến công phi thường trong cuộc chiếm lĩnh đỉnh cao khoa học: phát minh 12 nguyên tố mới, chiếm đến 10% tổng số nguyên tố hoá học mà loài người tìm thấy từ trước tới nay.

Trong số đó, riêng Seaborg trực tiếp chỉ đạo hoặc là tác giả chính của 10 nguyên số siêu uran sau đây:

Ông xứng đáng được tôn vinh là nhà hạt nhân, nhà phát minh khổng lồ.

Dĩ nhiên, giới hoá học và y học hạt nhân cũng không bao giờ quên rằng ông từng là tác giả của gần 100 đồng vị phóng xạ mới thuộc nhiều nguyên tố khác nhau, trong đó có những đồng vị như Iốt 131, Têchnêxi 99, Côban 66 v.v… như là những chiếc đũa thần trong các chẩn đoán và chống chọi với căn bệnh ung thư hiểm nghèo từ hơn một thế kỷ nay.

Đặc biệt, phát minh cuối cùng (nguyên tố Seaborgium) và cả đầu tiên (Plutonium) đã đưa Grenn T. Seaborg lên tượng đài vinh quang mà không ai sánh nổi trong lịch sử phát triển các nguyên tố mới.

Ngoại lệ: Được đặt tên một nguyên tố khi đang sống

Sự kéo dài đến trên hai mươi năm, từ lúc tìm ra nguyên tố có số Z = 106 (năm 1974) đến khi được có tên gọi chính thức là Seaborgium (1997), cũng là câu chuyện kỳ lạ chưa hề xảy ra với bất kỳ nguyên tố siêu uran nào.

Nguyên tố 106 được phát hiện bởi nhóm khoa học nổi tiếng; gồm Grenn Seaborg và 7 thành viên khác tại phòng thí nghiệm LBNL ở Berkley(Đại học California ). Gần như cùng thời gian đó ở Viện Liên Hiệp Nghiên cứ Hạt nhân (Dubna, Liên xô cũ), nhóm khoa học quốc tế cũng tuyên bố tìm thấy 106. Cuộc tranh cãi bản quyền phát minh kéo dài gần hai mươi năm, cho đến năm 1993 mới ngã ngũ với phần thắng nghiêng về nhóm Berkley .

Và theo thông lệ, nhóm Berkley được quyền đề xuất tên cho nguyên tố mới. Nhưng giữa nhóm này lại không dễ dàng thống nhất với nhau. Tám thành viên trong nhóm đề xuất một bảng danh sách dài để chọn lựa, từ những danh nhân khoa học và văn hoá lỗi lạc như Newton, Edison, Leonardo da Vince, Ferdinad Magellan, tổng thống đầu tiên của Hoa Kỳ George Washington, đến tên nước Finland (tổ quốc của một thành viên trong nhóm), thậm chí cả tên nhân vật thần thoại như Ulysses.

Sau một thời gian dài không có được tiếng nói chung, bỗng một hôm, nhà vật lý gốc Ý nổi tiếng trong nhóm, Al Ghiorsio, bước vào văn phòng Grenn Seaborg, đề nghị: sao lại không lấy tên Seaborg để đặt cho “106” nhỉ!

Thế là tên nguyên tố Seaborgium (ký hiệu Sg) được báo cáo ngay với Hội Hoá học Mỹ (ACS) và lập tức được chấp nhận. Đó là tháng 3/1994. Nhưng đến tháng 8 năm đó, Hội Hoá Tinh khiết và Ứng dụng Quốc tế (IUPAC) đưa ra một nguyên tắc mới: không được đặt tên nguyên tố cho một người đang sống! Họ bác bỏ đề nghị của ACS và đề xuất tên khác là Rutherforium (Rf).

Hội Hoá học Mỹ cực lực phản đối và đe doạ tẩy chay. Nhiều cuộc tranh cãi dai dẳng xảy ra và đi tới sự dung hoà giữa mọi phía. Năm 1997, tại Geneve, cuộc họp của hội đồng IUPAC đã thông qua tên gọi nguyên tố 106 là Seaborgium.

Cuối cùng, đến tuổi 23, nguyên tố 106 mới chính thức được đặt tên!

Điều thú vị là ngoài tên của Seaborg, các tên khác như phòng thí nghiệm ( Lawrence), thành phố ( Berkley), tiểu bang ( California ) và đất nước (American) của ông đều mang tên các nguyên tố mới mà ông là một tác giả phát minh. Vì vậy, có câu đùa mà thực rằng Seaborg là con người duy nhất có một địa danh chỉ thư tín toàn bằng tên các nguyên tố. Đó là: tên người nhận: Seaborgium, nơi làm việc: Berklium, thành phố: California và nước American.

Trong lịch sử, chỉ có 10 tên người được mang tên nguyên tố là: Curies (Cm – 96), Einstein (Es – 99), Fermi (Fm – 100), Mendeleev (Md – 101), Nobelium (No – 102), Lawrence (Lw – 103), Rutherford (Rf – 104), Seaborg (Sg – 106), Bohr (Bh – 107), Meitner (Mt – 107). Nhưng chỉ mỗi Glenn Theodore Seaborg là một ngoại lệ lịch sử, người đầu tiên trên thế giới còn sống được mang tên một nguyên tố hoa học.

Plutonium và vai trò lịch sử

Trong những năm cuối Thế chiến II, chính giới và các nhà khoa học Mỹ “đứng ngồi không yên” trước những thông tin: hai khoa học gia ở nước Đức quốc xã, Otto Hahn và Fritz Stranssman đã tạo được phản ứng phân hạch với hạt nhân uranium, cụ thể là U235. Điều này có nghĩa là nước Đức phát xít đã có thể nắm được bí quyết chế tạo bom nguyên tử với sức tàn phá khủng khiếp.

Do đó, các nghiên cứu có liên quan phản ứng phân hạch và nguyên tố siêu urani ở Mỹ được đặc biệt quan tâm. Phòng thí nghiệm Berkley đã tiến hành thí nghiệm lập lại các kết quả của người Đức về phân hạch của Uran dưới tác động của hạt trung hoà tử, hạt nơtron.

Đồng thời, họ khởi động nghiên cứu phản ứng tổng hợp tạo thành nguyên tố mới. Kết quả đầu tiên là: một nguyên tố siêu uran mới, nguyên tố 93 (với số Z = 93), gọi là Neptunium, viết tắt là Np, đã được tìm thấy vào năm 1940. Hy vọng theo con đường này có thể tìm thấy nguyên tố nặng hơn đã loé lên. Công việc vô cùng khó khăn này giao cho tân tiến sĩ 28 tuổi, Glenn T. Seaborg, đảm nhiệm.

Tập hợp một nhóm đồng sự rất trẻ, Seaborg tiến hành ngay thí nghiệm: bắn phá uranium bằng chùm hạt deutrium trên máy gia tốc, rồi theo dõi các sản phẩm mới tạo thành nhằm tìm bắt nguyên tố chưa hề biết với Z = 94. Sau 10 tuần liền chờ đón vô vọng, bỗng mọi vật tưởng như chao đảo trên tầng 3 của Toà nhà Gilman trong khung viên Đại học California (ở Berkley) trong đêm chủ nhật 23 tháng 2 năm 1941. Một đồng vị phóng xạ của nguyên tố 94 đang chờ đợi đã được nhận dạng!. Một nguyên tố mới nữa được tìm thấy, bảng tuần hoàn Mendêlêev đã được kéo dài. Đó chính là nguyên tố Plutonium (ký hiệu là Pu); đặt tên theo ngôi sao Pluto hay sao Diêm Vương Tinh trong thái dương hệ của chúng ta.

Đó là đêm kỳ diệu trong cuộc đời khoa học của Seaborg, vì Plutonium là phát minh quang trọng đầu đời của mình. Đó cũng là đêm hệ trọng với cả nhân loại, vì chỉ một tháng sau, Seaborg phát hiện một tính chất đặc biệt quan trọng: hạt nhân Pu 239 tương tự U235. Tức cả hai đều tham gia phản ứng dây chuyền và giải phóng một năng lượng cực kỳ lớn, nói cách khác cả hai đều là nguồn nhiên liệu dự trữ vô giá của loài người, trước mắt có thể dùng Plutonium là thuốc nổ cho bom nguyên tử.

Với phát minh này, Seaborg đã được gọi tham gia trực tuyến vào dự án vừa mới thành lập, dự án bom nguyên tử Manhattan . Đúng vào ngày sinh nhật thứ 30, 19 tháng 4 năm 1942, Glenn Seaborg được điều đến phụ trách Phòng thí nghiệm kim loại của Đại học Chicago , tham gia cùng Enrico Fermi là bom.

Sau 3 năm làm việc căng thẳng ngày đêm, tập thể của Seaborg đã thu được một lượng Pu đủ chế tạo 3 quả bom nguyên tử. Tiếp theo quả bom Uranium tàn phá Hiroshima hai ngày trước, một quả bom Plutonium đã thả xuống thành phá Nagasaki của nước Nhật phát xít, góp phần xoay chuyển đổi cục diện Thể chiến thứ II.

Từ góc độ nhân đạo, lịch sử còn có những nhìn nhận khác nhau về sự kiện bi thảm đó. Dư luận vẫn đặt câu hỏi về vai trò của các nhà khoa học, trong đó có Seaborg, trước một sự kiện thảm khốc trong lịch sử.

Seaborg đã có lời tường trình: Trong khi chế tạo bom nguyên tử Plutonium, “tôi đã tham gia một hội đồng các nhà khoa học bảo vệ cho việc sử dụng sức phá hoại của vũ khí chỉ nhằm mục tiêu phô diễn(chứ không tàn phá và giết chóc con người – TTM). Chúng tôi hy vọng kẻ thù thấy được sức tàn phá của vũ khí và lập tức đầu hàng. Tháng 6 năm 1945, chúng tôi báo cáo kế hoạch của mình (gọi là bản báo cáo Franck) lên tổng thống Truman. Tôi không hiểu ông có xem báo cáo của chúng tôi hay không. Hoặc có, nhưng kiến nghị trong đó bị phớt lờ”.

Như vậy, sản phẩm sáng tạo của nhà khoa học như đứa con, khi sinh ra đã tuột khỏi vòng tay người mẹ, và trách nhiệm trước cuộc đời về đứa con đó, nếu hư hỏng, không còn thuộc người mẹ nữa. Đó là điều nhà khoa học hạt nhân Seaborg muốn nói.

Lời bình luận xin nhường người đọc. Tác giả bài này chỉ muốn bổ sung một chi tiết: Giờ đây, hạt nhân Plutonium đang được nhiều nước quan tâm sử dụng trong các nhà máy điện nguyên tử như là một thành phần của loại nhiên liệu hỗn hợp. Và theo Seaborg, “nếu phát triển kiểu lò hạt nhân tái sinh, chúng ta sẽ dùng được loại hạt nhân không phân hạch uranium – 238 (có rất nhiều trong quặng urani, chiếm 99,3 % - TTM) để sản sinh ra các hạt nhân phân hạch plutonium - 239, như vậy lượng nhiên liệu tái sinh sẽ tăng lên hàng trăm lần. Ngoài ra, chúng ta có thể sử dụng quặng uranium hàm lượng rất thấp, như vậy rất lợi về mặt kinh tế. Và điều này có nghĩa là nguồn tài nguyên uranium sẽ kéo dài gần như vô tạn, đến cả ngàn năm.

Rõ ràng, Plutonium, đứa con tinh thần đầu tiên của Glenn Theodore Seaborg, còn tiếp tục hoàn thành nốt vai trò lịch sử lớn lao của mình với nhân loại.