Cuộc đua trở thành chủ nhân nguyên tố 113

- Cuộc đua quyết liệt giành danh hiệu chủ nhân của phát minh và quyền đặt tên cho nguyên tố 113 của các nhà khoa học Nhật đang đến gần đích.

RIKEN, những “người lính” mới

Bảng Tuần hoàn các nguyên tố nay đã kéo dài đến ô thứ 116, trong đó 114 ô đã được đặt tên (xem hình 1). Hai ô còn lại, 113 và 115 đến lúc này vẫn còn trống, tức còn hai nguyên tố nữa chưa được tìm thấy. Các trung tâm khoa học lớn nhất trên thế giới trong suốt 10 năm qua đã bước vào cuộc đua quyết liệt giành danh hiệu chủ nhân của phát minh và quyền đặt tên cho các nguyên tố đó và trước hết là nguyên tố 113.

Không thể tìm thấy nguyên tố chưa biết 113 trong tự nhiên. Vì các nguyên tố nặng đứng sau Uranium, gọi là siêu uran, đều không bền và phân rã rất nhanh, nếu chúng được sinh ra cùng với sự hình thành Trái đất hàng triệu năm trước, thì đến giờ đây đã phân rã hết. Do đó, các nguyên tố siêu nặng như 113 chỉ có thể tìm được bằng cách chế tạo trong phòng thí nghiệm với những thiết bị gia tốc và phân tích hết sức hiện đại và chi phí tốn kém lớn đến mức chỉ một số ít nước giàu có mới có thể tham gia, như Mỹ với LBNL ở Berkley, Nga với JINT ở Dubna, Đức với trung tâm GSI ở Darmstadt và Nhật với RIKEN ở Wako, gần Tokyo.

RIKEN là “lính mới” trong lĩnh vực nguyên tố siêu nặng, nếu các kết quả vừa công bố cuối tuần trước được chấp nhận và trở thành chủ nhân của phát minh nguyên tố 113, họ sẽ chính thức đứng bên cạnh những "người khổng lồ" ở Mỹ, Nga và Đức .

Đặt một tay lên hạt nhân 113

Các kết quả đó được thông báo trên Tạp chí Journal of Physical Society of Japan thực hiện bởi nhóm nghiên cứu do tiến sĩ Kosuke Morita lãnh đạo, thuộc Viện Nghiên cứu Hoá Lý RIKEN đặt ở Wako, gần Tokyo, Nhật Bản.

Thí nghiệm tổng hợp các hạt nhân 113 tiến hành trên chùm hạt của Máy gia tốc tuyến tính RILAC ở RIKEN. Chuỗi thí nghiệm kéo dài nhiều năm, vừa kết thúc ngày 12/8/2012. Trong thí nghiệm, một chùm hạt nhân Zn70 (có nguyên tử số Z=30 và số khối A=70) được gia tốc đến tốc độ cực lớn, khoảng 10% vận tốc ánh sáng, như những viên đạn cực nhanh bắn vào tấm bia mỏng gồm các hạt nhân Bi209 (với Z=83 và A=209). Theo tiên liệu, một số hạt “đạn” có sác suất bắn trúng hạt nhân “bia” để kết hợp lại với nhau tạo thành hạt nhân mới có số Z=30+83=113 và A=70+208=278 cùng 1 hạt nơtron bay ra. Hạt nhân 113 mới này không bền, chỉ tồn tại trong thời gian rất ngắn rồi liên tiếp phân rã phóng xạ hạt alpha để tạo thành các hạt nhân con cháu (xem hình 2).

Nhận dạng hạt nhân mới như thế nào? Các hạt nhân mới 113 được nhận dạng qua các hạt nhân con cháu với các tính chất (các nhóm alpha phát ra) đã biết từ trước. Cụ thể, một hệ thiết bị với những detector rất nhạy đã ghi và nhận dạng 6 nhóm hạt alpha (đó là hạt nhân nguyên tử Heli) phát ra. Từ kết quả này đã xây dựng một sơ đồ chuỗi gồm 6 phân rã liên tiếp như sau (xem hình 2):

Trong đó, 5 nhóm alpha đã biết trước từ phân rã của các hạt nhân Rg274, Mt270, Bh266, Db262 và Lr258, riêng nhóm alpha đầu chưa biết được xem là phát ra từ hạt nhân mới có nguyên tử số 113 và số khối lượng 278.

Với giả thiết sơ đồ chuỗi phân rã nói trên, các tác giả nghiên cứu có thể xác định được rằng hạt nhân mới có 113 proton, điều đó có nghĩa là nguyên tố 113 đã được tạo thành trong thí nghiệm. Nói cách khác, họ thực sự đặt được một tay lên hạt nhân 113.

Đường đua đến hồi kết

Trước đây, nhóm nghiên cứu RIKEN với Morita,  Yano … cũng đã một lần tuyên bố phát hiện ra nguyên tố 113 trong các thí nghiệm vào những năm 2004 và 2005.

Thí nghiệm tiến hành hồi đó cũng tương tự bây giờ, cũng sử dụng “bia” Bi209 và “đạn” Zn70, cũng trên cỗ máy cái - máy gia tốc RILAC. Thời gian tiến hành thí nghiệm khoảng 80 ngày đêm liên tục.

Nhưng điều khác nhau căn bản là trong lần trước chỉ xác định được 4 nhóm alpha phát ra do chuỗi phân rã từ hạt nhân 113 đến hạt nhân Db262 và theo sau là sự phân hạch tự phát của hạt nhân Db262 này. Trong lúc, hạt nhân Db262 cũng phân rã alpha, nhưng hiện tượng này hồi đó các nhà nghiên cứu RIKEN không quan sát được. Chính vì lẽ đó, đề nghị trước đây của họ về việc công nhận quyền phát minh nguyên tố mới 113 và đề xuất đặt tên là Rikenium hoặc Japonium đã bị cơ quan có thẩm quyền cao nhất trong lĩnh vực này là IUPAC (Hiệp hội quốc tế hoá học cơ bản và ứng dụng) bác bỏ.

Sau 7-8 năm trời, đến nay nhóm khoa học RIKEN mới ghi nhận được 2 nhóm alpha mới và chứng tỏ rằng hạt nhân Dubnium (Db262) đã phân rã thành hạt nhân con Lawrencium-258 (Z=103) và cháu Mendelevium-254 (Z=101).

Với kết quả mới này, người lãnh đạo, TS. Kosuke Morita tự tin tuyên bố: “Chúng tôi đã thu được các số liệu để xác định một cách thuyết phục nguyên tố 113” và “tôi muốn cảm ơn tất cả những người tham gia công trình nghiên cứu, những người đã luôn giữ vững niềm tin sẽ có ngày nguyên tố 113 thuộc về chúng tôi”. Đến lúc này, niềm hy vọng của tập thể khoa học gia RIKEN, Nhật Bản chắc có cơ sở hơn.

Tuy vậy, trước mắt họ còn đường không phải hoàn toàn phẳng phiu. Họ còn phải đợi sự thẩm định của một phòng thí nghiệm độc lập khác trên thế giới. Ngoài ra, họ còn phải đương đầu với một đối thủ nặng cân khác, đó là ê-kíp khoa học gia quốc tế Nga-Mỹ ở Đubna và các kết quả nghiên cứu của ê-kíp này cũng đang đặt trên bàn của “các quan toà” IUPAC.

Trần Thanh Minh