Uranium có hai đồng vị chính là uranium-238 và uranium-235. Ảnh: Reuters
Theo Conversation, cuối tuần trước, Israel nhắm vào 3 cơ sở hạt nhân quan trọng của Iran, Natanz, Isfahan và Fordow, khiến một số nhà khoa học hạt nhân Iran thiệt mạng. Các cơ sở này được bảo vệ rất kiên cố và chủ yếu nằm dưới lòng đất. Natanz và Fordow là địa điểm làm giàu uranium của Iran, còn Isfahan cung cấp nguyên liệu thô, vì vậy bất kỳ thiệt hại nào đối với những địa điểm này sẽ hạn chế khả năng sản xuất vũ khí hạt nhân của Iran. Để hiểu rõ quá trình làm giàu uranium và tại sao nó gây lo ngại, chúng ta cần biết về đồng vị uranium và việc tách hạt nhân trong phản ứng phân hạch.
Đồng vị là gì?
Tất cả vật chất đều tạo thành từ nguyên tử, các nguyên tử này được tạo ra từ proton, neutron và electron. Số lượng proton là yếu tố quyết định tính chất hóa học của nguyên tử, giúp phân biệt nguyên tố hóa học khác nhau. Nguyên tử có số lượng proton và electron bằng nhau. Ví dụ, uranium có 92 proton trong khi carbon có 6. Tuy nhiên, một nguyên tố có thể có số lượng neutron khác nhau, dẫn tới nhiều phiên bản của nguyên tố đó gọi là đồng vị. Điều này hầu như không ảnh hưởng đến phản ứng hóa học, nhưng phản ứng hạt nhân của chúng có thể rất khác biệt.
Khác biệt giữa uranium-238 và uranium-235
Khi khai thác uranium từ lòng đất, 99,27% là uranium-238 với 92 proton và 146 neutron, chỉ có 0,72% là uranium-235 với 92 proton và 143 neutron (0,01% còn lại là đồng vị khác). Đối với lò phản ứng hạt nhân hoặc vũ khí, cần thay đổi tỷ lệ đồng vị vì trong hai đồng vị chính của uranium, chỉ có uranium-235 có thể hỗ trợ phản ứng dây chuyền phân hạch. Một neutron khiến nguyên tử phân hạch, tạo ra năng lượng và vài neutron khác, dẫn tới phân hạch thêm và tiếp tục như vậy.
Phản ứng dây chuyền này giải phóng lượng năng lượng khổng lồ. Trong vũ khí hạt nhân, mục tiêu là để phản ứng dây chuyền xảy ra trong một phần giây, tạo ra một vụ nổ hạt nhân. Ở nhà máy điện hạt nhân dân sự, phản ứng dây chuyền được kiểm soát. Các nhà máy điện hạt nhân hiện nay sản xuất 9% năng lượng của thế giới. Một ứng dụng dân sự quan trọng khác của phản ứng hạt nhân là sản xuất đồng vị sử dụng trong y học để chẩn đoán và điều trị nhiều bệnh khác nhau.
Mục đích làm giàu uranium
Làm giàu uranium có nghĩa là lấy nguyên tố tự nhiên và tăng tỷ lệ uranium-235 trong khi loại bỏ uranium-238. Dù có vài cách thực hiện, về mặt thương mại, hoạt động làm giàu uranium hiện nay được thực hiện bằng máy ly tâm. Đây cũng là trường hợp tại các cơ sở của Iran. Máy ly tâm hoạt động dựa trên việc uranium-238 nặng hơn khoảng 1% so với uranium-235. Chúng lấy uranium (ở dạng khí) và sử dụng rotor để quay nó với tốc độ 50.000-70.000 vòng/phút, bức tường ngoài của máy ly tâm di chuyển với tốc độ 400-500 m/giây. Uranium-238 nặng hơn di chuyển đến các cạnh của máy ly tâm, để lại uranium-235 ở giữa. Điều này chỉ hiệu quả đến mức độ nhất định, vì vậy quá trình quay được thực hiện lặp lại nhiều lần, tăng dần tỷ lệ uranium-235.
Hầu hết lò phản ứng hạt nhân dân sự sử dụng uranium làm giàu thấp (3-5%), có nghĩa 3-5% tổng lượng uranium trong mẫu vật hiện nay là uranium-235, đủ để duy trì phản ứng dây chuyền và tạo ra điện.
Mức độ làm giàu nào cần thiết cho vũ khí hạt nhân
Để đạt phản ứng dây chuyền gây nổ, uranium-235 cần được tập trung nhiều hơn đáng kể so với mức sử dụng trong lò phản ứng hạt nhân để sản xuất điện hoặc thuốc. Về mặt kỹ thuật, một vũ khí hạt nhân có thể được chế tạo với chỉ 20% uranium-235 (còn gọi là "uranium làm giàu cao"), nhưng càng làm giàu uranium, vũ khí càng nhỏ và nhẹ hơn. Một số quốc gia có vũ khí hạt nhân thường sử dụng khoảng 90% uranium làm giàu.
Theo Cơ quan Năng lượng Nguyên tử Quốc tế (IAEA), Iran làm giàu lượng lớn uranium lên đến 60%. Việc tăng từ mức làm giàu 60% lên 90% càng dễ dàng hơn do có ít uranium-238 cần loại bỏ hơn. Đây là lý do Iran được cho là có nguy cơ cao sản xuất vũ khí hạt nhân cực cao và công nghệ ly tâm để làm giàu được giữ bí mật.
Công nghệ ly tâm dùng để sản xuất nhiên liệu cho lò phản ứng dân sự có thể được sử dụng để sản xuất vũ khí hạt nhân. Các thanh tra từ IAEA đang giám sát cơ sở hạt nhân trên toàn thế giới để đảm bảo các quốc gia tuân thủ quy định trong hiệp ước không phổ biến vũ khí hạt nhân toàn cầu.
An Khang (Theo Conversation)
