Vào ngày 25 tháng 8 năm 2012 , cách mặt trời khoảng 11 tỷ dặm (18 tỷ km), tàu thăm dò NASA Voyager 1 rời nhật quyển , mạnh dạn đi đến nơi mà trước đó chưa có vật thể nào đi qua. Bằng cách vượt qua ranh giới đó, Tàu du hành 1 đã vượt ra khỏi hệ mặt trời và tiến vào không gian giữa các vì sao , một sự kiện lịch sử đầu tiên.
Nhìn vào hàng dưới cùng của bảng tuần hoàn (truyền thống) và bạn sẽ tìm thấy nguyên tố đã làm nên chuyến phiêu lưu vũ trụ này: plutonium.
Plutonium là gì?
Lần đầu tiên được xác định vào những năm 1940, plutonium đã được sử dụng cho cả mục đích sáng tạo và phá hủy. Nhà vật lý quá cố John Goffman từng gọi plutonium là “nguyên tố của chúa tể địa ngục”. Một nhà ngôn ngữ học có thể có xu hướng đồng ý.
Nhưng trước tiên hãy nói thêm một chút về yếu tố này. Mỗi nguyên tử của plutonium chứa 94 proton. Ngược lại, chỉ có 92 proton trên mỗi nguyên tử uranium và 93 trong mỗi nguyên tử neptunium.
Vì hai nguyên tố đó đều được đặt theo tên của các vị thần cổ đại - và các hành tinh - Sao Thiên Vương và Sao Hải Vương , nên plutonium có cách xử lý giống nhau.
"Plutonium được Glenn Seaborg và các đồng nghiệp tại Phòng thí nghiệm Berkeley (CA) phát hiện vào cuối năm 1940", Peter C. Burns, nhà hóa học tại Đại học Notre Dame, cho biết trong một email.
Mười năm trước đó , các nhà thiên văn học đã quan sát thấy một hành tinh lùn mới gần Sao Hải Vương. Để tôn vinh vị thần của thế giới ngầm La Mã, nó được mệnh danh là "Diêm Vương". Và plutonium lấy tên của nó từ thiên thể đó.
Ban đầu, Seaborg và công ty đã có thể sản xuất plutonium bằng cách sử dụng máy gia tốc hạt cyclotron tại Berkeley. Với thiết bị này, các hạt được gọi là "deuteron" được bắn vào một mẫu uranium. Thí nghiệm đã tạo ra một lượng nhỏ neptunium, sau đó trở thành plutonium thông qua một quá trình phân rã .
Mẫu plutonium có thể cân được đầu tiên được tạo ra tại Đại học Chicago vào ngày 20 tháng 8 năm 1942. Đến thời điểm đó, một số bên đã nhận ra tiềm năng quân sự của nguyên tố này.
Nguyên tử plutonium luôn đi kèm với 94 proton. Nhưng số lượng neutron có thể khác nhau, và các nhà hóa học gọi những biến thể này là " đồng vị ". Uranium cũng có các đồng vị. Một trong số đó, được gọi là uranium-235 (U-235), đã sớm được xác định là nguồn nhiên liệu tiềm năng cho bom nguyên tử. Ngay sau khi được phát hiện, plutonium đã tham gia vào cuộc trò chuyện như một cách khác để cung cấp năng lượng cho vũ khí hạt nhân. Thời đại nguyên tử sắp bắt đầu.
Ngày nay, cho tất cả các mục đích thực tế, có hai loại plutonium: cấp lò phản ứng và cấp vũ khí. Plutonium là thành phần quan trọng tạo nên "Fat Man", quả bom hạt nhân đã tàn phá thành phố Nagasaki, Nhật Bản, vào năm 1945, giết chết hàng chục nghìn người và kết thúc Chiến tranh Thế giới thứ hai một cách hiệu quả.
Plutonium và vũ khí
Plutonium được sử dụng cho mục đích quân sự được thu hồi từ nhiên liệu uranium đã được chiếu xạ từ hai đến ba tháng trong lò phản ứng sản xuất plutonium. Cần khoảng 22 pound (10 kg) đồng vị gần như nguyên chất plutonium-239 (Pu-239) để chế tạo một quả bom. Theo Hiệp hội Hạt nhân Thế giới, loại bom đó đòi hỏi vận hành lò phản ứng hạt nhân 30 megawatt năm, với sự thay đổi nhiên liệu liên tục và xử lý lại nhiên liệu 'nóng', theo Hiệp hội Hạt nhân Thế giới . Đó là lý do tại sao plutonium "cấp vũ khí" được tạo ra trong các lò phản ứng đặc biệt làm tăng nồng độ của các đồng vị cao hơn của plutonium.
Vụ nổ bom nguyên tử đầu tiên trên Trái đất diễn ra vào ngày 16 tháng 7 năm 1945. Nó ở New Mexico, và nó đủ mạnh để có thể cảm nhận được cách đó 100 dặm (160 km). Nó là một phần của "Vụ thử hạt nhân Trinity " tối mật của Dự án Manhattan tại Dãy ném bom Alamogordo. Thiết bị được đề cập có lõi plutonium; không có hạt nhân nào dựa trên uranium được triển khai cho thử nghiệm.
Sau đó, Mỹ thả một quả bom hạt nhân U-235 xuống thành phố Hiroshima của Nhật Bản vào ngày 6 tháng 8 năm 1945. Ba ngày sau, Mỹ thả quả bom thứ hai có biệt danh "Fat Man" xuống Nagasaki. Cũng giống như vũ khí được thử nghiệm ở New Mexico vào mùa hè năm đó, bom Nagasaki dựa trên plutonium.
Trang web chính thức của Bộ Năng lượng Hoa Kỳ đưa tin "[Nó] sẽ không bao giờ được biết chắc chắn có bao nhiêu người chết do hậu quả của vụ tấn công nguyên tử vào Nagasaki" . Theo ước tính tốt nhất của họ, "ban đầu 40.000 người chết, 60.000 người khác bị thương." Trong những tháng và năm tới, tổng số người chết cuối cùng có thể đã tăng lên 140.000 hoặc hơn. Các Peace Park Nagasaki tổ chức một buổi lễ hàng năm để tôn vinh những ký ức của họ mỗi tháng Tám.
Vấn đề lớn nhất hiện nay với kho dự trữ plutonium cấp độ vũ khí là phải làm gì với nó. Hoa Kỳ ước tính hiện có 96,6 tấn (87,7 tấn) plutonium - và một vấn đề về lưu trữ. Phần lớn nó hiện được cất giữ trong một tòa nhà tại Savannah River Site ở Nam Carolina.
Plutonium và sức mạnh
Ngày nay, hơn một phần ba năng lượng được sản xuất tại các nhà máy điện hạt nhân là từ plutonium . Tuy nhiên, Hoa Kỳ không có bất kỳ cơ sở nào dựa vào plutonium để làm năng lượng.
Đồng vị plutonium phổ biến nhất được hình thành trong lò phản ứng hạt nhân là Pu-239, được tạo ra bằng cách bắt neutron từ uranium đã cạn kiệt (U-238). Khi được phân hạch, Pu-239 có thể có năng lượng ngang với uranium đã được làm giàu (U-235), cũng được sử dụng trong vũ khí hạt nhân .
Trong lịch sử, một đồng vị plutonium khác, Pu-238, được sử dụng để cung cấp năng lượng cho pin trong một số máy tạo nhịp tim thương mại . Những thiết bị y tế đó đã trở nên lỗi thời khi các sản phẩm thay thế chạy bằng pin lithium được tung ra thị trường.
Nhưng ở biên giới cuối cùng, plutonium vẫn là một mặt hàng có giá trị.
Plutonium và không gian sâu
Burns cho biết: “Việc sử dụng plutonium quan trọng nhất, ít được biết đến là để tạo ra năng lượng trong quá trình khám phá không gian. "Plutonium-238 tỏa ra rất nhiều nhiệt khi nó trải qua quá trình phân rã phóng xạ, và lượng nhiệt này có thể được sử dụng trong máy phát nhiệt điện để sản xuất điện."
Pu-238 có nhiều phẩm chất khiến đồng vị này trở nên rất hấp dẫn đối với các kỹ sư làm việc cho các cơ quan vũ trụ. Đối với những người mới bắt đầu, bạn không cần nhiều nhiệt lượng để tạo ra toàn bộ nhiệt lượng, sau đó có thể được chuyển đổi thành điện năng.
Sau đó là chu kỳ bán rã , một số liệu cho bạn biết mất bao lâu để một nửa số nguyên tử trong một đồng vị phóng xạ nhất định phân rã và biến đổi thành một thứ khác. Với chu kỳ bán rã đáng nể là 88 năm, Pu-238 có thể giữ cho các tàu thăm dò và tàu thăm dò không gian hoạt động trong nhiều thập kỷ liên tục.
Xa mặt trời, ở những nơi mà tia sáng của ngôi sao yếu và mờ, các vệ tinh chạy bằng năng lượng mặt trời sẽ không hoạt động tốt. Trong khi đó, những chiếc tàu lượn trên sao Hỏa phụ thuộc vào ánh sáng mặt trời (như chiếc Opportunity Rover hiện đã không còn tồn tại) phải đối mặt với bụi từ những cơn bão đi qua có thể làm hỏng tấm pin của chúng và cản trở hoạt động của pin.
Vì những lý do này, Pu-238 rất phù hợp cho cả thám hiểm sao Hỏa và không gian sâu. Cho đến nay, Pu-238 đã cung cấp năng lượng cho ít nhất 30 phương tiện vũ trụ của Mỹ . Chiếc Rover Perseverance đã hạ cánh trên Hành tinh Đỏ vào tháng 2 năm 2021 có một máy phát điện chạy bằng nhiên liệu Pu-238. Các tàu vũ trụ bay xa như Voyager 1 và Voyager 2 cũng vậy , đã đi du lịch trong hệ mặt trời ( và xa hơn nữa ) kể từ năm 1977.
Plutonium và độc tính
Plutonium là chất phóng xạ, mặc dù bạn có thể sẽ không bao giờ tiếp xúc với nó. Robert M. Hazen tại Viện Khoa học Carnegie cho biết "không có nguồn tự nhiên nào" của plutonium. "Nó phải được tạo ra thông qua các lò phản ứng của các nhà lai tạo, vì vậy tất cả plutonium được sử dụng trên Trái đất đều do con người tạo ra", ông giải thích qua email.
Tuy nhiên, nó có thể được thải ra môi trường thông qua nhà máy công nghiệp hoặc từ thùng chứa, tuy nhiên mức plutonium trong không khí, nước, đất và thực phẩm là cực kỳ thấp. Tuy nhiên, nếu bạn bị phơi nhiễm, nó có thể là do hít thở trong bình xịt bức xạ hoặc tiếp xúc với da. Và nhiều yếu tố sẽ quyết định liệu việc tiếp xúc có gây hại cho bạn hay không, bao gồm mức độ, thời gian và cách bạn tiếp xúc với plutonium.
Khi bạn hít phải nó, một số plutonium sẽ bị mắc kẹt trong phổi và di chuyển đến xương và gan của bạn. Nếu bạn nuốt nó qua đường ăn uống, một lượng vi lượng cũng có thể lan đến xương và gan của bạn. Nếu bạn chạm vào plutonium, rất ít - nếu có - sẽ xâm nhập vào cơ thể bạn, nhưng nó có thể làm bỏng vùng da tiếp xúc với nó. Vì vậy, mặc dù là một nguyên tố phóng xạ, nhưng plutonium còn lâu mới trở thành "chất độc hại nhất mà con người biết đến", như nhà hoạt động Ralph Nader từng tuyên bố .
BÂY GIỜ ĐÓ LÀ SỰ QUAN TÂM
Glenn Seaborg trở thành người đầu tiên có một nguyên tố mới được đặt theo tên ông trong suốt cuộc đời của ông khi seaborgium - Nguyên tố 106 trong bảng tuần hoàn - được đặt tên thánh vào những năm 1990 .
