Hans Albrecht Bethe (1906-2005) - cha đẻ phản ứng nhiệt hạch trong Mặt trời, Nobel năm 1967 với thuyết chế tạo năng lượng trong các ngôi sao sáng
Ngay sau đó, ông làm huấn luyện viên vật lý, nửa năm đầu ở Franfurt và nửa năm sau ở Stuttgart. Tháng 9 năm 1929 ông dạy ở đại học Munich, đến năm 1930 ông được thăng cấp Privatdozent [3] và tiếp tục dạy ở đấy đến 1932. Ông đã được học bổng để đi nghiên cứu thêm tại đại học Cambridge, Anh quốc vào mùa thu năm 1930, và tại La mã (Roma) Ý năm 1931 và 1932. Sau khi đi La mã, ông qua dạy ở trường đại học Tubingen. Khi đảng Quốc xã (Nazi) lên nắm chính quyền vào năm 1933, ông rời nước Ðức và di cư sang Anh quốc.
Tháng 10, năm 1933, Hans Bethe sang Anh quốc và ông làm giảng sư ở đại học Manchester trong một năm. Năm sau, ông được học bổng nghiên cứu hậu tiến sĩ của đại học Bristol, và vào tháng 2 năm 1935 ông được bổ nhiệm làm giáo sư diễn giảng (Assistant Professor) tại trường đại học Cornell ở Ithaca, tiểu bang New York, Hoa kỳ. Ông được thăng giáo sư thực thụ vào năm 1937 và dạy luôn ở đại học này, ngoại trừ những năm của cuộc Thế chiến thứ 2.Ông đã đưa ngành Vật lý lên đến đỉnh cao
Ông là người khuyên bảo nhiều tổng thống Hoa Kỳ về kế hoạch an ninh quốc gia, và sau thế chiến thứ hai, ông đã đóng vai trò quan trọng trong việc chống lại vũ khí hạch tâm. Là một trong những người sáng lập ra Liên hiệp các Khoa học gia ngành Nguyên tử (the Federation of Atomic Scientists). Trong thời kỳ chiến tranh, ông là mấu chốt của dự án Manhattan, là người đứng đầu trong đơn vị vật lý lý thuyết. Sau chiến tranh, ông đem những nhà vật lý trẻ tài ba nhất từ Los Alamos sang Cornell, đặc biệt là Richard Feynman và Robert Wilson.
Trong những năm đó, theo lời mời của Robert Oppenheimer , Hans Bethe nhận làm Trưởng khối Lý thuyết trong kế hoạch chế tạo bom nguyên tử ở Los Alamos, tiểu bang California. Công việc nghiên cứu của Hans Bethe nhắm về lý thuyếthạch nhân nguyên tử. Ông đã cùng Peierls đề ra lý thuyết về deuteron vào năm 1934, và sau đó đã phát triển thêm lý thuyết này vào năm 1949. Ông cũng có nghiên cứu về radar và các dạng sóng vi ba (microwave = micro-onde). Ông đã giải thích năng lượng của nhữngngôi saosáng hơn mặt trời là do phản ứng nguyên tử theo chutrìnhcarbon-oxygen-nitrogen chứ không phải phản ứng proton-proton như ở mặt trời. Ông được giải thưởng Nobel vật lý năm 1967do các công trình ông đã làm 30 năm trước: thuyết chế tạo năng lượng trong các ngôi sao. Đã công bố trên 300 công trình và còn những công trình vẫn còn giữ kín. Bethe là một nhà khoa học có trách nhiệm, một người có lương tâm, là một nhà khoa học chân chính lỗi lạc, có nhiều đóng góp lớn.
Hans Bethe mới qua đời hôm chúa nhật tạiIthaca,ngày 6 tháng 3, năm 2005, 98 tuổi.
Công trình
Cơ chế biến đổi Hydrogen ra Helium trong Mặt trời
 |
Bethe khám phá ra cơ chế của năng lượng các bức xạ mặt trời, đặc biệt là năng lượng từ sự biến đổi từ Hydrogen sang Helium trong các ngôi sao.
Mặt trời cháy sáng cho năng lượng 3,9x10 26watts từ 5 tỉ năm. Mặt Trời đốthydrogentrong một lò hạch nhân. Phản ứng phối hợp trong mặt Trời là một chuỗi gồm nhiều giai đoạn trong đó Hydrogenbị đốt cháy theo sơ đồ sau:
Chutrìnhbắt đầu bằng sự va chạm giữa hai proton ( 1H + 1H) đểtạo ra deuteron ( 2H), với sự tạo thành một positron (e +) và một neutrino (ν).positron (e +) gặp tức khắc điện tử tự do (e -) và hai hạt tửmang điện tích khác nhaunày triệt tiêu lẫn nhau. Năng lượng của khối lượng chúng được tỏa ra dưới dạng 2 quang tửgamma (γ). Ngay khi deuteron được tạo ra nó lại va chạm ngay một proton 1H khác và tạo thành một nhân 3He và một photon γ. Hai nhân 3He gặp nhau cho phản ứng :
3He + 3He → 4He + 2v + 6 Y
Cuối cùng sẽ dẫn tới sự kết hợp của 4 proton và 2electron để tạo thành một hạt alpha (α, 4He), 2 neutrinos và 6 photons γ.
Và phản ứng cuối cùng là:
4 1H+2e -→4He +2v +6 Y
Năng lượng được phóng thích trong phản ứng này là:
∆mc² = [4.(1.007285u] - 4.002603u](931 MeV/u) = 24.7 MeV
 |
Neutrino và photon không có khối lượng, chúng không tham dự vào con toán năng lượng tạo thành.
Chutrình Carbon-Nitrogen-Oxygen trong các ngôi sao
Carbon-12 và Proton kết hợp để tạo thành Nitrogen-13 không bền, phát ra tia Gamma
Nitrogen-13 phân rã thành Carbon-13, phát ra Positron và Neutrino
Carbon-13 và Proton kết hợp tạo raNitrogen-14, phát ra tia Gamma
Nitrohen-14và Proton kết hợp tạo ra Oxygen-15 không bền, cho ra tia Gamma
Oxygen-15 phân rã tạo Nitrogen-15, cho ra Positron và Neutrino
Nitrogen-15 và Proton kết hợp tạo Helium-4 và Carbon-12
Với những sao nặng hơn Mặt trời, những mẫu lý thuyết cho rằng chu trình CNO của sự phối hợp hạt nhân là nguồn năng lượng chính của sự tạo ra năng lượng trong các sao. Chu trình gồm sự phối hợp của 4 nhân của Hydrogen ( 1H, protons) để tạo ra một nhân Helium ( 4He, hạtαparticle), cung cấp năng lượng cho ngôi sao theo phương trình của Einstein. Cacbon bình thường, 12C, được dùng làm chất xúc tác trong chuỗi phản ứng. Trong chu trình này, chỉ có năng lượng neutrino (n) là được sản xuất tương đối thấp nhất.
(Hình củaJ. N. Bahcall, Neutrinos from the Sun, Scientific American, Volume 221, Number 1, July 1969, pp. 28-37.)
Giải thưởng
Ông được huy chương Max Planck năm 1955, huy chương Eddington của Royal Astronomy Society cho công trình nhận định quá trình năng lượng tạo ra trong các sao. Năm 1967 được giải Nobel vậy lý cho công trình nghiên cứu sự sản xuất năng lượng của Mặt trời, gọi là Stellar nucleosynthesis. Ông công nhận nguồn năng lượng của các ngôi sao được sản sinh ra từ các phản ứng nhiệt hạch (thermonuclear reactions) trong đó Hydrogen được biến đổi ra Helium.
Trong những năm của các thập niên 80 và 90, Bethe vận động cho việc dùng năng lượng hạch nhân phục vụ cho hòa bình. Năm 1995, lúc ấy ông được 88 tuổi, Bethe đã viết một bức thư ngỏ kêu gọi tất cả các nhà khoa học hãy "ngưng và chấm dứt" chế tạo các vũ khí hạch nhân.
Năm 2001 ông được tặng huy chương Bruce.
Người ta lấy tên ông để đặt cho thiên thạch "30828 Bethe".
_________
[1] Strasbourg được nhượng cho Ðức sau trận chiến 1870, lúc đó mang tên là Straßburg, thành ra ông Hans Bethe mang quốc tịch Ðức. Sau này, Straburg được trao trả lại cho Pháp đổi tên là Strasbourgcho đến bây giờ.
[2] Gymnasium: trường trung học có học trình 9 năm dành cho học sinh ưu tú, chuyên dạy văn hóa và văn chương cổ điển cho học sinh học tiếp lên đại học.
[3] Privatdozent: giảng viên dạy đại học, chưa vào ngạch trật (professeur d"université non titularisé). Trước còn tương đương như giảng nghiệm viên.
[4] Hans Bethe From Nobel Lectures, Physics 1963 – 1970, Else vier Publishing Company, Amsterdam , 1972. Org/physics/articles/fusion/sun_cno.html.
Nguồn: Vật lý ngày nay, 6/2006, tr. 22
