- Dư luận thế giới vài hôm nay lại rộ lên thông tin về việc Triều Tiên sắp xây xong lò phản ứng nước nhẹ và lò mới sẽ “hỗ trợ cho chương trình khí hạt nhân của quốc gia này”. Một số bạn đọc gửi về thắc mắc: Vậy lò phản ứng hỗ trợ việc chế tạo bom nguyên tử (bom A) như thế nào? Câu hỏi đó chạm đến một vấn đề rộng hơn – bước đi mới của chiến lược hạt nhân Triều Tiên.

Uranium và Plutonium: hai anh em sinh đôi

Quả bom nguyên tử "Chú Nhóc Con" tàn phá thành phố Hiroshima (Nhật) năm 1945
Hai nguyên tố Plutonium (Pu) và Uranium (U) bắt đầu nổi tiếng là hai nguyên tố được sử dụng làm “thuốc nổ” của loại vũ khí huỷ diệt khủng khiếp – bom nguyên tử - kể từ khi hai quả bom nguyên tử Mỹ hủy diệt hai thành phố Hiroshima và Nagasaki của Nhật, đúng 67 năm trước, tháng 8 năm 1945.

Điều đặc biệt là sự xuất hiện của cặp bom song sinh Uranium và Plutonium cách nhau chỉ 3 ngày. Quả bom U thả xuống thành phố Hirohima vào sáng ngày 6/8/1945. Và trưa 9/8/1845, bom Pu lại dội vào thành phố Nagasaki.

Quả thứ nhất dài 3,3 mét, đường kính 0,7 mét, nặng 4 tấn, có tên gọi là "Chú Nhóc Con" (Little Boy). Quả bom Urani 4 tấn đó thực ra chỉ chứa 1 kg nhiên liệu Uranium với thành phần đồng vị “chất nổ” U235 (còn gọi là độ giàu) chiếm trên 90%. Tên gọi mỹ miều vậy, nhưng sức huỷ diệt của nó mạnh tương tự 15 ngàn tấn thuốc nổ thông thường TNT, biến 92% thành phố Hiroshima thành gạch vụn và tro tàn, làm sát hạic hơn 20 vạn người.

Quả bom thứ hai dài khoảng 3,25 mét, đường kính 1,52 cm, nặng 4,5 tấn, được đặt cho một cái tên khá hài hước là "Chàng Béo" (Fat Man). Quả bom Plutoni nặng mấy tấn này cũng chỉ chứa vài kg nhiên liệu ròng Plutonium với thành phần chủ yếu là đồng vị “chất nổ” Pu239. Nhưng sức tàn phá của quả bom Plutoni còn lớn hơn, tương đương gần 21.000 tấn thuốc nổ TNT, phá huỷ hoàn toàn 6,7 km2 nhà cửa (1/3 số nhà của thành phố Nagasaki) và tàn sát 2/3 số dân thành phố (7,3 vạn người chết và 7,5 vạn người bị thương).

Như đã nhấn mạnh ở trên, nhiên liệu “chất nổ” hạt nhân trong bom nguyên tử không phải là tất cả các loại đồng vị của nguyên tố Uranium hay Plutonium nói chung. Trong quả bom Urani chất nổ đó chỉ là đồng vị U235 và trong quả bom Plutoni chỉ là đồng vị Pu235.

Thực vậy, chỉ có hai loại đồng vị U235 và Pu239 là có khả năng gây ra các phản ứng phân hạch dây chuyền. Dưới tác dụng của nơtron, hạt nhân U235 hay Pu239 được phân ra hai mảnh, toả ra một năng lượng lớn khoảng 200 MeV (200 triệu điện tử-vôn), đồng thời giải phóng 2 - 3 nơtron mới.

Đến lượt mình, các nơtron vừa sinh ra lại gây ra phản ứng phân hạch kế tiếp, quá trình này cứ tiếp diễn và số hạt nhân phân hạch và năng lượng phát ra tăng lên nhanh chóng. Phản ứng dây chuyền này có thể kiềm chế ở trong lò phản ứng nhưng cũng có thể không chế ngự để tạo nên sức nổ khủng khiếp trong bom nguyên tử (bom A).

U235 và Pu239: công nghệ khác nhau

Việc chế tạo được một lượng cần thiết các “chất nổ” ròng U235 hay Pu239 là không đơn giản, nó đòi hỏi những công nghệ hết sức phức tạp. Hãy bắt đầu với chất nổ hạt nhân U235.

Quả bom nguyên tử "Chàng Béo" tàn phá Tp Nagasaki (Nhật) năm 1945
Lượng Urani tự nhiên tồn tại trong quả đất tương đối ít và kim loại Urani này chỉ gồm hai thành phần đồng vị chủ yếu - U238 và U235, trong đó U238 chiếm hàm lượng áp đảo với 99,7%, còn đồng vị nhiên liệu phân hạch U235 lại quá nghèo, chỉ chiếm 0,3% (3 phần ngàn).

Muốn tách được U235 khỏi kim loại Uranium tự nhiên phải sử dụng các công nghệ làm giàu. Hiện nay, có nhiều phương pháp để làm giàu Uranium như: Tách đồng vị điện từ, Khuyếch tán nhiệt, Khuyếch tán khí, Khí động học, Tách đồng vị bằng La-de, Trao đổi iôn và hoá học, Tách Plasma và Khí ly tâm.

Trong đó, phương pháp phổ biến để làm giàu Uranium hiện nay là phương pháp ly tâm. Muốn đạt độ giàu U235 càng cao và thu được khối lượng nhiên liệu lớn, cần có nhiều máy ly tâm, hàng trăm, hàng nghìn và thậm chí hàng chục nghìn cỗ máy. Đó cũng là phương pháp đang sử dụng ở hai nước nhạy cảm, hai đốm lửa hạt nhân hiện nay trên thế giới, Iran và Triều Tiên.    

Trong thực tế, khó có thể tách được một lượng U-235 ròng tuyệt đối.

Chỉ có thể làm giàu đồng vị U-235 trong hỗn hợp kim loại Urani đến một tỉ lệ nhất định. Với độ giàu khoảng 5% (hay U235 giàu 5%), kim loại hỗn hợp Uranium đã có thể dùng làm nhiên liệu cho lò phản ứng của nhà máy điện hạt nhân. Trong các lò phản ứng nghiên cứu nước nhẹ (như lò ở Viện Nghiên cứu Hạt nhân, Đà Lạt) sử dụng nhiên liệu Uranium độ giàu cao với khoảng 35% (trước đây) hay độ giàu thấp với khoảng 20% (hiện nay). Nhưng để làm chất nổ cho bom nguyên tử thì U-235 phải đạt độ giàu trên 90%.

Khác với trường hợp Uranium, trong tự nhiên hầu như không tồn tại nguyên tố Plutonium, nên việc điều chế Pu239 dựa trên một công nghệ hoàn toàn khác. Quá trình xảy ra như sau: Hạt nhân U238 bắt một nơtrôn chậm và trở thành hạt nhân U239. Gần như tức thời, hạt nhân mới này phát ra liên tiếp 2 hạt bêta để biến thành một hạt nhân hoàn toàn mới, một đồng vị khác của nguyên tố Plutoni, đồng vị Pu239.

Điều may mắn là trong quặng urani tự nhiên có thành phần U238 áp đảo nên phương pháp điều chế Pu239 theo nguyên lý nói trên là tối ưu nhất về kinh tế.

Việc chế tạo “chất nổ” hạt nhân Pu239 theo công nghệ nói trên cũng có thể thực hiện ngay ở trên lò phản ứng nước nhẹ với chất làm chậm là nước thường.

Nhưng với mục tiêu chế tạo Pu239 ở quy mô công nghiệp, hiện nay, lò phản ứng với chất làm chậm nước nặng (D2O) là công cụ lý tưởng nhất. Trong loại lò này chỉ dùng Uranium tự nhiên (không cần làm giàu) để làm nhiên liệu. Nước nặng đóng vai trò làm chậm các nơtron nhanh sinh ra trong quá trình hoạt động của lò phản ứng, tạo thuận lợi cho sự biến đổi hạt nhân U238 thành hạt nhân Pu239.

Mục tiêu lò mới của Triều Tiên?

Chương trình chế tạo vũ khí hạt nhân của Triều Tiên khởi động từ rất sớm. Lò phản ứng đầu tiên của Triều Tiên là lò nghiên cứu IRT-2000 do Nga lắp đặt năm 1967. Cơ quan năng lượng Mỹ đánh giá rằng, với lò với công suất khoảng vài Mêga-oat (MWe) này Triều Tiên có thể đã chế tạo được  1- 2 kilogam Plutonium, nhưng theo một cơ quan quốc tế thì con số này không quá vài trăm gam, nói chung là không đủ cho một quả bom nguyên tử.

Lò thứ hai thuộc loại lò Magnox làm chậm bằng khí-graphit với công suất 5MWe.  Theo phỏng đoán, với lò này Triều Tiên cũng có thể đã sản xuất được hàng chục kg Plutonium, đủ cho từ 3-5 quả bom A với sức công phá thấp tương tự hai quả bom Mỹ ném xuống Nhật bản năm 1945. Với số bom đã chế tạo, Triều Tiên đã tiến hành hai vụ thử vào năm 2006 và 2009.

Ngoài ra, Triều Tiên cũng chủ trương xây hai lò phản ứng dùng graphit làm chậm với công suất lớn hơn. Một lò công suất cỡ 50 Mwe có khả năng sản xuất 60 kg Plutonium mỗi năm đủ chế tạo 10 quả bom nguyên tử. Lò thứ hai 200 Mwe có thể cho 220 kg Plutonium hàng năm, đủ cho 40 quả bom hủy diệt. Nhưng cả hai lò này đều bị đóng băng do áp lực quốc tế và Nghị quyết của Hội đồng Bảo an Liên Hiệp Quốc (HĐBALHQ) số 825. Có thể Bình Nhưỡng đã tranh thủ sản xuất được một lượng đáng kể Plutonium cho cả chục quả bom nguyên tử.

Theo các nhà quan sát thế giới, chủ yếu là của Mỹ và Hàn Quốc, lò phản ứng đang xây sắp xong của Bình Nhưỡng là lò nước nhẹ “nghiên cứu” với công suất có thể đạt hàng chục MWe. Bên cạnh đó, họ cũng cho biết đang xây dựng một nhà máy làm giàu uranium để sản xuất nhiên liệu làm giàu thấp cho lò phản ứng mới này.

Công bố xây dựng một lò nước nhẹ nhằm sử dụng cho nghiên cứu và sản xuất đồng vị phóng xạ cho y tế, Triều Tiên đã hướng tới đa mục tiêu.

Trước hết, họ đã tìm được cách thoát khỏi sự ràng buộc với các cam kết quốc tế và không bị quy kết vi phạm nghị quyết HĐBALHQ 825.

Thứ hai là họ có cớ để công khai hóa chương trình làm giàu Uranium với cái lý do sản xuất nhiên liệu cho hoạt động của lò phản ứng nước nhẹ mới.

Nhưng, các nhà khoa học cho rằng, khó kiểm soát được Bình Nhưỡng từ cơ sở làm giàu mới này sản xuất ra Uranium độ giàu cao với tỷ lệ 80-90%. Như vậy, ngoài việc tích cóp Plutonium từ lò nước nhẹ (dù rằng sản lượng không nhiều), họ đã công khai mở ra con đường thứ hai chế tạo loại vũ khí hạt nhân mới, bom Uranium.

Trên bàn cờ chính trị thế giới đang nổi lên hai “con mã” cùng vòng vèo những nước cờ biến ảo, chưa hết Iran lại đến Triều Tiên, chưa xong chuyện bom Plutonium lại đến chuyện bom Uranium. Quả là vỏ quýt dày có móng tay nhọn, và cứ thế ván cờ vũ khí hạt nhân thời đương đại chưa nhìn thấy rõ đâu là hồi kết.

Trần Minh