Triều Tiên có bom nhiệt hạch? Bom nhiệt hạch đáng sợ đến mức nào?

Ngày 10/12, nhà lãnh đạo Triều Tiên Kim Jong-un tuyên bố sẽ sử dụng cả bom nguyên tử (A-bomb) lẫn bom nhiệt hạch (H-bomb) để bảo vệ chủ quyền quốc gia. Lời phát ngôn này như một ẩn ý cho biết nước này đã đạt tới trình độ chế tạo được bom nhiệt hạch - loại vũ khí huỷ diệt hàng loạt có sức mạnh lớn nhất.

Dù vậy, nhiều chuyên gia phân tích cho rằng tuyên bố trên của Kim Jong-un chỉ mang tính "chém gió". Vì muốn phát triển thành công bom nhiệt hạch đòi hỏi trình độ rất cao và ít nhất phải có những cuộc thử nghiệm thực tiễn. Trong khi đó những vụ nổ nhiệt hạch thường có công suất lớn hơn nhiều lần các vụ phân hạch và kể cả có cho nổ trong lòng đất, chúng sẽ gây ra các chấn động tương tự như động đất, vốn có thể ghi nhận được bằng các máy đo địa chấn. Nhưng cho tới nay, Triều Tiên chỉ mới có 3 cuộc thử nghiệm hạt nhân từng được biết.

Vậy bom nhiệt hạch là gì? Tại sao rất khó chế tạo và nó đáng sợ đến mức nào?

Phản ứng phân hạch, nhiệt hạch (hợp hạch)

Trước khi đi sâu vào vấn đề, chúng ta cần làm rõ một vài thuật ngữ. Bom nguyên tử (atomic bomb/A-bomb) hay bom hạt nhân (nuclear bomb) thường được dùng để ám chỉ loại bom có sức nổ chính dựa trên phản ứng phân hạch (nuclear fission). Còn bom nhiệt hạch (thermonuclear bomb hay hydrogen bomb/H-bomb) có sức nổ chính dựa trên phản ứng hợp hạch (nuclear fusion). Nhưng để có phản ứng hợp hạch, hiện nay phương pháp chính dựa trên việc đẩy nhiệt độ môi trường lên cực cao tới vài triệu độ C, nên phản ứng trên còn có tên là nhiệt hạch - hợp hạch ở môi trường nhiệt độ cao.

Song vấn đề ở chỗ các từ ngữ như bom hạt nhân (nguyên tử) hay vũ khí hạt nhân nhằm ám chỉ những vũ khí có sức công phá chính dựa trên phản ứng phân hạch không còn chính xác. Vì phản ứng hợp hạch thực chất cũng là một phản ứng hạt nhân, trong đó các thành phần hạt nhân của nguyên tử tương tác với nhau và giải phóng năng lượng. Do đó trong quan điểm hiện đại, bom hạt nhân ám chỉ chung cả bom phân hạch và nhiệt hạch. Nên từ đây chúng ta sẽ dùng từ bom phân hạch thay từ bom hạt nhân và bom nguyên tử mà báo chí vẫn hay dùng.

Sơ đồ phản ứng phân hạch

 và phản ứng hợp hạch.

Về ý nghĩa của phản ứng phân hạchhợp hạch thực ra rất đơn giản. Phân là phân tách, chia tách; hạch có nghĩa là hạt nhân; phân hạch là chia tách hạt nhân ra. Còn hợp là hợp lại, gộp lại; hợp hạch là gộp các hạt nhân lại với nhau. Nhiệt hạch là phản ứng hợp hạch xảy ra ở nhiệt độ cao. Thực tế ngoài nhiệt hạch ra, vẫn có những phản ứng hợp hạch khác dựa trên từ tính, tĩnh điện hoặc động năng cao. Nhiệt hạch là phương pháp đầu tiên được áp dụng nên nhiều người xem hợp hạch chính là nhiệt hạch, nhưng điều này không chính xác. Nhiệt hạch chỉ là một dạng hợp hạch.

Một trong những phản ứng phân hạch tự nhiên mà chúng ta thường gặp nhất chính là sự phân rã của các nguyên tố phóng xạ (radioactive decay). Thi thoảng chúng ta vẫn nghe các vụ rò rỉ phóng xạ chính là trường hợp này. Trong đó các hạt nhân có khối lượng lớn bị "vỡ ra" theo thời gian do chúng không bền, tạo ra một hạt nhân nhỏ hơn cùng với sự giải phóng tia alpha, beta hay gamma. Nhưng cũng cần nói thêm thứ gây ra phóng xạ là các đồng vị phóng xạ (radioisotope). Số nguyên tố (Z) càng cao thì "rủi ro" phóng xạ càng lớn. Và phân rã phóng xạ là một quá trình tự nhiên, hoàn toàn không thể dừng được cho đến khi mọi nguyên tử bị phân rã hết thành hạt nhân bền.

Tương quan giữa số nguyên tử (Z) số neutron (N) trong các nguyên tố. Chấm đen là các hạt nhân bền và số lượng giảm dần theo nguyên tử khối

Còn phản ứng phân hạch nhân tạo mà con người đang khai thác trong các nhà máy điện hạt nhân hoặc bom phân hạch chủ yếu dựa trên cơ chế "kích thích". Theo đó chúng ta sẽ bắn các "viên đạn" hạt nhân (thường là neutron hay proton) vào hạt nhân của một nguyên tử lớn. Nguyên tử này sau khi bị "dính đạn", trạng thái hạt nhân sẽ trở nên kém bền và sau đó bị phân rã thành 2 hay nhiều hạt nhỏ hơn, đồng thời giải phóng một lượng lớn năng lượng dựa trên sự hụt khối theo công thức nổi tiếng E = MC^2.

Chìa khoá dùng để làm vũ khí của cơ chế nhân tạo này nằm ở chỗ phản ứng trên có thể kéo thành chuỗi (chain reaction) liên tục nếu một trong các hạt nhỏ hơn tạo thành giống với "viên đạn" đã bắn vào nguyên tử đầu tiên. Ví dụ nổi tiếng nhất mà chúng ta từng biết là phản ứng của đồng vị Uranium-235 (U-235) khi kết hợp với một hạt neutron. Hạt nhân U-236 sau đó sẽ phân rã ra 2 hạt nhân nhỏ hơn đồng thời giải phóng một số hạt neutron vào môi trường.

Cơ chế phản ứng dây chuyền của U-235 khi tiếp nhận thêm neutron

Hạt neutron này nếu gặp tiếp một hạt nhân U-235 khác thì phản ứng trên lại tiếp tục. Song nếu chúng gặp phải U-238 thì nó sẽ tạo thành U-239 nhưng không bị "vỡ", hoặc nếu neutron trên không "đụng" phải hạt nhân nào khác thì sẽ không có chuyện gì xảy ra. Đây là lý do tại sao một số quốc gia muốn phát triển vũ khí hạt nhân, họ cần xây dựng các nhà máy làm giàu nguyên liệu hạt nhân mà chủ yếu là U-235 nhằm tăng nồng độ của đồng vị này lên (một khối Uranium có rất nhiều đồng vị chứ không riêng loại nào). Nếu nồng độ quá thấp, chuỗi phản ứng khó lòng xảy ra liên tục và không thể dùng làm vũ khí. Cũng vì vậy mà Mỹ và Israel đã nhiều lần tìm cách phá hoại các tổ hợp làm giàu Uranium của Iran để hạn chế quốc gia này chế tạo vũ khí hạt nhân.

Còn phản ứng hợp hạch tự nhiên mà chúng ta "gặp hàng ngày" chính là ở trong lòng các ngôi sao như Mặt Trời. Lượng quang năng và nhiệt năng khổng lồ Trái Đất nhận hàng ngày đến từ chính phản ứng hợp hạch. Trong lòng Mặt Trời, lực hấp dẫn đã "ép" các nguyên tử dày đặc đến mức chúng bị "bóc đi" lớp vỏ electron và chỉ còn lại các hạt nhân (chủ yếu là Hydrogen ở dạng proton, vì ion H+ thực chất là proton).

Hợp hạch chính là cách mà các nguyên tố "nặng" ra đời

Cứ 2 proton đập vào nhau sẽ tạo thành 1 nguyên tử H+ gồm 1 proton và 1 neutron. Tiếp đến, nguyên tử H+ mới này lại va chạm với 1 proton khác và tạo ra 1 nguyên tử Helium (He) chỉ có 2 proton và 1 neutron. Các nguyên tử He chưa hoàn chỉnh này tiếp tục đập vào nhau và kết quả là 1 nguyên tử He hoàn chỉnh có 2 proton, 2 neutron; cùng với 2 proton tự do khác. Tương tự như thế, việc "luyện đan" ra các nguyên tố lớn hơn như Lithium, Carbon, Oxygen... lần lượt diễn ra nhờ quá trình "cộng" hạt nhân như trên.

Với những ngôi sao lớn hơn Mặt Trời, chuỗi phản ứng hợp hạch sẽ kết thúc sau khi Sắt (Fe) được tạo thành. Lý do sẽ được nói ở phần tiếp theo.

5 trạng thái của bom hợp hạch kiểu thiết kế Teller-Ulam

A - Chưa kích nổ, B - Kích nổ thuốc nổ thường tạo điều kiện cho phản ứng phân hạch diễn ra

C - Bức xạ X-ray bao quanh lòng bom tạo trạng thái plasma cho vật liệu bên trong

D - Toàn khối bom trở thành plasma, vụ nổ phân hạch bắt đầu

E - Được kích thích bởi nhiệt độ và áp suất từ vụ nổ phân hạch, lõi hợp hạch bắt đầu xảy ra phản ứng

Còn với trường hợp nhân tạo, hiện nay con người chủ yếu chỉ mô phỏng được cách "luyện đan" của các ngôi sao bằng cách tạo ra một vụ nổ hạt nhân (bom phân hạch) để tạo ra điều kiện tương tự như trong lòng Mặt Trời. Nhiệt năng từ vụ nổ phân hạch (diễn ra trước đó) sẽ cung cấp năng lượng cho các hạt nhân Hydrogen va đập vào nhau, từ đó tạo ra vụ nổ hợp hạch ở mức độ không thể kiểm soát (bom hợp hạch). Ví dụ bom hợp hạch nổi tiếng nhất mà chúng ta từng biết là trường hợp của Tsar Bomba do Nga chế tạo, có công suất tới 50 triệu tấn TNT, gấp 2.400 lần trái bom Fat Man (phân hạch) mà Mỹ ném xuống Nagasaki của Nhật.

Sức huỷ diệt của Tsar Bomba mạnh đến nỗi cửa kính của 2 nước láng giềng là Na Uy và Phần Lan ở cách địa điểm thử nghiệm tới 900 km vẫn bị phá vỡ. Và mặc dù cho nổ ở trên không (thả rơi bằng máy bay), Tsar Bomba vẫn tạo ra được sóng địa chấn chạy quanh Trái Đất tới 3 lần, cường độ sóng này đo được dao động từ 5 - 5,25 Richter. Mọi thứ trong bán kính 55 km của vụ nổ bị phá huỷ hoàn toàn. Đám mây hình nấm do nó tạo ra đạt chiều cao tới 64 km, gấp 7 lần chiều cao đỉnh Everest.

Clip về Tsar Bomba, trái bom hạt nhân lớn nhất thế giới

Có thể nói Tsar Bomba là món vũ khí mạnh nhất được chế tạo trong lịch sử loài người.

Sức mạnh của bom nguyên tử đến từ đâu?

Dù là Uranium hay Plutonium, Hydrogen hay Helium, Oxygen hay Carbon... mọi hạt nhân nguyên tử đều được tạo ra bởi lực liên kết hạt nhân. Lực này trên thực tế là sự "tranh đấu" giữa 2 lực khác nhau - lực hạt nhân mạnh và lực điện từ (hay lực Coulomb trong trường hợp này). Lực hạt nhân mạnh giúp các thành phần của hạt nhân (proton, neutron) "dính" vào nhau. Còn lực điện từ khiến các hạt điện tích cùng dấu (proton mang điện dương) "đẩy" nhau ra.

Khác biệt chính giữa 2 lực trên là bán kính tác dụng. Lực hạt nhân mạnh tuy "mạnh" chỉ có tác dụng khi khoảng cách của 2 hạt proton hoặc neutron ở rất gần nhau. Còn lực điện từ tuy "yếu" nhưng phạm vi tác dụng xa hơn. Nên đây là lý do tại sao trong các dung dịch điện ly, ion H+ tuy rất tự do nhưng chúng không hề kết hợp lại cùng nhau. Vậy làm sao trong Mặt Trời, các proton lại kết hợp được với nhau?

Tương quan giữa lực hạt nhân mạnh (xanh) và lực điện từ (hồng) giữa các hạt nhân

Đó là chính là nhờ nhiệt độ. Lực hấp dẫn khiến cho vật chất tích tụ lại với nhau. Nhưng vật chất tích tụ càng nhiều thì rủi ro "va đụng" giữa các phân tử càng cao và điều này khiến cho nhiệt độ của chúng gia tăng. Trong lòng Mặt Trời, mật độ này đậm đặc tới nỗi nhiệt độ đạt tới hàng triệu độ C. Vật chất không ở trạng thái thông thường nữa mà chuyển thành plasma. Song ngược lại, chính nhiệt độ cao cũng khiến cho vật chất di chuyển nhanh hơn, tạo ra một động năng cực kỳ lớn. Động năng này lớn đến mức tới một lúc nào đó, các proton dù có điện tích cùng dấu cũng không thể "tránh" nhau được nữa. Và đến lúc này thì lực hạt nhân mạnh "có điều kiện" phát huy. Ở cự ly rất gần, lực hạt nhân mạnh "mạnh hơn" lực điện từ, khiến cho các proton không còn đẩy nhau ra nữa. Nhờ đó mà quá trình tạo thành các nguyên tố mới mới diễn ra được. Nếu không có điều này thì thực tế, sẽ không có nguyên tố nào khác Hydrogen được sinh ra trong vũ trụ và chúng ta cũng sẽ không có ở đây để bàn về chúng.

Nhưng vậy thì khác gì giữa bom phân hạch và nhiệt hạch? Hay cụ thể hơn là khác gì giữa Hydrogen và Uranium?

Hạt nhân càng lớn thì lực đẩy điện từ giữa các proton càng mạnh

Khác biệt nằm ở chỗ kích thước và khối lượng. Hạt nhân Hydrogen chỉ có 1 proton duy nhất, hạt nhân Helium có 2 proton và 2 neutron, giữa chúng gần như chỉ tồn tại lực hạt nhân mạnh. Nhưng hạt nhân Uranium có tới 92 proton (số neutron thay đổi tuỳ theo đồng vị) và từng proton không thể "dính" tới toàn bộ 91 proton còn lại. Cụ thể thì 2 proton ở "hai đầu" hạt nhân sẽ có lực điện từ làm "đẩy" nhau ra. Điều này khiến cho năng lượng liên kết hạt nhân bên trong những nguyên tố như Uranium trở nên yếu đi, vì có sự "phá hoại" đến từ điện từ.

Theo nghiên cứu của các nhà khoa học, năng lượng liên kết hạt nhân đạt đỉnh điểm khi số proton đạt mức 26, tức là tạo thành Sắt. Bắt đầu từ nguyên tố 27, năng lượng liên kết này giảm dần. Đây là lý do tại sao có hiện tượng phóng xạ, vì số proton trong hạt nhân càng nhiều thì chúng càng có xu thế "ghét" nhau. Hầu hết các đồng vị của Uranium (số nguyên tố 92) đều có tính phóng xạ.

Các hạt nhân nhẹ có xu hướng hợp hạch để đạt trạng thái bền nhất, các hạt nhân nặng lại phân hạch

Đây cũng là nguyên nhân tại sao hầu hết các nguyên tử đều có số neutron > số proton, vì neutron không có điện tích nên không "ghét" nhau. Đây cũng đồng thời là nguyên nhân tại sao phản ứng hợp hạch ở các ngôi sao thường dừng lại sau khi tạo thành Sắt, vì độ hụt khối (cũng là năng lượng) để biến Sắt ra nguyên tố mới lúc này sẽ âm. Năng lượng bỏ ra để phản ứng xảy ra lúc này lớn hơn năng lượng tạo thành. Sự xuất hiện của Sắt trong lòng các ngôi sao là "chuông báo tử" cho chúng. Có thể nói khi số nguyên tử (cũng là số proton của hạt nhân) nhỏ hơn mức 26 thì xu thế của phản ứng là hợp hạch, và khi lớn hơn 26 là phân hạch.

Tại sao bom nhiệt hạch mạnh hơn bom phân hạch?

Vì xét trên cùng một khối lượng nổ, phản ứng phân hạch toả ra ít năng lượng hơn hợp hạch. Một nguyên tử U-235 nặng gấp 235 lần một proton. Và để một lần phân hạch diễn ra, chúng ta cần 1 U-235 kết hợp với 1 neutron (nặng tương đương 1 proton). Nhưng để tạo ra một 1 He, chúng ta chỉ cần 4 proton. Nói cho dễ hình dung thì khối lượng nguyên liệu đầu vào của phản ứng hợp hạch ít hơn hàng chục lần so với phân hạch.

So sánh công suất nổ của bom phân hạch (2 đám nhỏ bên trái) và nhiệt hạch (3 đám mây lớn bên phải)

Khối lượng chỉ mới là "phí tổn". Phần kế đến là hiệu suất phản ứng. Thực tế rất khó để có được U-235 hay Plutonium-239/240 "nguyên chất". Vì chúng là các vật liệu phóng xạ và luôn có một lượng vật chất bị "biến tính" sau một thời gian. Nếu nồng độ U-235 không đủ cao thì lượng neutron "có cơ hội" gây nổ sẽ không nhiều, công suất nổ sẽ giảm. Hợp hạch thì ngược lại, gần như không có sự "phân biệt đối xử" giữa các đồng vị. Yêu cầu duy nhất là nhiệt độ đủ cao hoặc động năng đủ lớn để chúng thắng được lực điện từ và "gặp nhau".

Ngoài ra, còn một yếu tố khác là diễn biến của phản ứng. Tuy phản ứng hợp hạch cũng có nhiều tình huống có thể xảy ra, nhưng số lượng của chúng đều đã được biết và đo đạc được. Trong khi đó với phân hạch, việc đoán trước nguyên tử U-236 sẽ phân rã thành những gì gần như là không thể. Con số 236 có thể là tổng của rất rất nhiều tổ hợp phép cộng nhưng con số 4 hoặc 6 chỉ là tổng của vài chục tổ hợp. Do vậy rất khó dự đoán chính xác sức công phá của bom phân hạch mà chỉ có thể ước lượng trung bình.

So sánh chiều cao đám mây hình nấm của vụ nổ hạt nhân ở Nagasaki (phân hạch) và Bikini Atoll (nhiệt hạch)

Kết hợp các yếu tố trên, có thể thấy tính về mặt "hiệu quả, giá thành", bom nhiệt hạch cao hơn phân hạch rất nhiều lần. Tuy vậy xét trên thực tế hiện nay, để có được phản ứng nhiệt hạch vẫn cần phải có một phản ứng phân hạch làm nền. Do đó vẫn phải có một khoản chi phí tốn kém cần thiết để phát triển "ngòi nổ" phân hạch bên cạnh chi phí thiết kế "khối nổ" hợp hạch.

Triều Tiên có thể sở hữu H-bomb không?

Xét trên bối cảnh hiện nay, Triều Tiên đã phát triển thành công các mẫu bom phân hạch. Đó tuy chưa phải điều kiện đủ, nhưng là điều kiện cần bắt buộc phải có để làm ra bom nhiệt hạch theo phương pháp mà chúng ta đã biết. Hoặc không, Triều Tiên phải áp dụng một phương pháp khác để phản ứng hợp hạch có thể xảy ra (dùng plasma, từ trường hay động năng...). Cho đến nay, chỉ 4 nước là Nga, Mỹ, Anh và Trung Quốc được xác nhận đã có bom nhiệt hạch. Các nước như Ấn Độ, Parkistan, Israel vẫn nằm trong vòng ẩn số.

Riêng Triều Tiên, theo Defense News cho hay, nước này đã thử 3 vụ nổ hạt nhân trong đó 2 vụ vào 2006 và 2009 sử dụng nguyên liệu Plutonium, còn vụ thứ 3 gần đây nhất chưa rõ có phải là Uranium hay không.

Các mẫu tên lửa đạn đạo có thể mang đầu đạn hạt nhân của Triều Tiên

Hồi tháng Chín, Học viện Khoa học và An ninh Quốc tế (ISIS) của Mỹ đưa ra một cảnh báo đỏ khi phát hiện qua vệ tinh một nhà máy đang được xây dựng trong khu phức hợp hạt nhân Yongbyon của Triều Tiên. Một số nhà phân tích cho rằng nhà máy đó có thể là cơ sở để sản xuất ra Tritium (một đồng vị Hydrogen gồm 1 proton và 2 neutron). Song đây mới chỉ là nghi vấn vì rất khó để biết được nước này làm những gì trong đó. Cơ quan tình báo Hàn Quốc lại nói rằng: "Chúng tôi không có bất kỳ thông tin nào về việc Triều Tiên đã phát triển được bom nhiệt hạch. Và chúng tôi cũng không tin Triều Tiên đã có được công nghệ để sản xuất bom nhiệt hạch".

Trong khi đó ISIS phân tích: "Bất kể Triều Tiên có thể làm ra một vũ khí hạt nhân sử dụng Tritium hay không thì chúng tôi tin rằng sẽ có nhiều vấn đề kỹ thuật mà Triều Tiên cần phải giải quyết. Mà để giải quyết những vấn đề này thì sẽ cần phải có nhiều cuộc thử nghiệm hạt nhân dưới lòng đất thêm nữa".

Đến đây, chúng ta có thể tạm kết luận rằng Triều Tiên đang muốn sở hữu bom nhiệt hạch. Nhưng từ muốn cho tới có được là cả quá trình dài. Và điều này chỉ có thời gian mới trả lời được.

Huyền Thế

 

Đánh giá gần đây
Đọc nhiều nhất Phản hồi nhiều nhất

1 [The Verge] Đánh giá iPhone 12 Pro: Chiếc smartphone “đi trước thời đại”… quá xa!

2 Tin bão số 9 mới nhất: Gió giật cấp 17, miền Trung sắp mưa rất to trên diện rộng

3 Xóa ngay 21 ứng dụng Android cả triệu lượt cài đặt này trước khi chúng ăn cắp thông tin của bạn

4 “Thánh từ thiện” hay là một sự “bắt nạt” giới showbiz?

5 Phát hiện ra cơ quan mới có thể có trong cổ họng con người!

Tin Liên quan
Các tin khác
a
Xem thêm
Góc nhìn VNREVIEW