Tại sao các nhà khoa học có thể chạm vào Uranium mà không cần quần áo bảo hộ?

Bánh kim loại trong hình là hợp kim của uranium, zirconium, molypden và các kim loại khác. Uranium được biết đến là chất phóng xạ và có thể được sử dụng để làm nhiên liệu hạt nhân. Trong ấn tượng của mọi người, để tiếp xúc với chất phóng xạ hạt nhân này, bạn cần phải mặc quần áo bảo hộ và được trang bị những thiết bị tân tiến để tránh bị thương do phóng xạ. Tuy nhiên, đối với những chuyên gia am hiểu về thứ kim loại này, họ có thể trực tiếp cầm nó trên tay, không cần đeo găng tay hay thiết bị bảo hộ, nhưng sau khi chạm vào họ sẽ cần phải rửa tay sạch sẽ.

Khác với bom hóa học, năng lượng nổ của bom hạt nhân đến từ hai loại phản ứng hạt nhân là phản ứng tổng hợp hạt nhân và phản ứng phân hạch hạt nhân (sự khác biệt giữa phản ứng hạt nhân và phản ứng hóa học là phản ứng hạt nhân xảy ra ở cấp độ hạt nhân và có thể thay đổi các loại nguyên tố). Lấy bom nguyên tử làm ví dụ, vật liệu hạt nhân chứa trong thân bom là uranium được làm giàu với độ tinh khiết hơn 90%, có thể giải phóng năng lượng khổng lồ bằng cách phân hạch chuỗi của uranium.

Sức mạnh của vũ khí hạt nhân là vô cùng đáng sợ, sau vụ nổ, chúng có thể phóng ra bức xạ hạt nhân cực mạnh, những bức xạ này được giải phóng sau quá trình phân hạch của một số lượng lớn hạt nhân uranium.

Khi nói đến bức xạ, nhiều người cảm thấy đáng sợ, nhưng khi hiểu đúng về bức xạ, bạn sẽ có một cái nhìn mới thay đổi về nhận thức này.

Bức xạ là hiện tượng năng lượng khuếch tán ra thế giới bên ngoài bằng sóng điện từ hoặc các hạt, có thể chia thành bức xạ ion hóa và bức xạ không ion hóa. Thông thường, chỉ bức xạ ion hóa có thể gây ra tác hại lớn hơn trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, bức xạ không ion hóa thì lại khác. Ánh sáng Mặt Trời là bức xạ điện từ do Mặt Trời phát ra. Bất kỳ vật thể nào có nhiệt độ trên độ không tuyệt đối (âm 273,15°C) sẽ có khả năng bức xạ tia hồng ngoại ra thế giới bên ngoài, những bức xạ điện từ loại này có mặt ở khắp mọi nơi và về cơ bản là không gây nguy hiểm đối với con người.

Trong khi đó, các hạt vi mô có tính lưỡng tính sóng-hạt, bức xạ ion hóa là bức xạ có bước sóng nhỏ hơn 100 nanomet, và bức xạ hạt nhân thuộc bức xạ ion hóa.

Thông thường, bức xạ hạt nhân được giải phóng trong quá trình tổng hợp hạt nhân hoặc phân hạch hạt nhân, và bức xạ hạt nhân cũng được giải phóng trong quá trình phân rã của các nguyên tố phóng xạ (phân rã là hiện tượng hạt nhân của một nguyên tố không ổn định được biến đổi thành hạt nhân của nguyên tố ổn định bằng cách giải phóng tia hoặc hạt).

Có nhiều loại bức xạ hạt nhân, bao gồm tia alpha (hạt nhân heli), tia beta (electron), tia gamma (photon), neutron, positron, neutrino, v.v. Trong số đó, tia alpha có thể bị chặn bằng một mảnh giấy mỏng và sức xuyên qua rất yếu; tia beta có khả năng xuyên mạnh hơn một chút và có thể bị chặn bằng lá nhôm; một trong những loại tia có sức xuyên mạnh nhất là tia gamma và tia neutron, và cần phải có những tấm chì dày mới có thể chặn nó. Khi một quả bom nguyên tử phát nổ, một lượng lớn tia gamma và tia neutron được giải phóng.

Uranium (U), số hiệu nguyên tử 92, có nghĩa là có 92 proton trong hạt nhân. Nó tồn tại tự nhiên trong tự nhiên với 3 đồng vị (đồng vị là những nguyên tố có cùng số proton trong hạt nhân nhưng khác số neutron), cụ thể là uranium 238 và uranium 235 và uranium 234, độ phong phú của chúng trong tự nhiên lần lượt là 99,28%, 0,71% và 0,006%, cả ba đều có tính phóng xạ. Uranium 238 được phát hiện vào năm 1789 bởi Martin Heinrich Kraprot, trong khi uranium 235 được phát hiện vào năm 1935 bởi nhà khoa học Canada Dunstar.

Mặc dù sản lượng uranium 238 rất dồi dào và cũng có thể trải qua quá trình phân hạch, nhưng nó không thể thực hiện các phản ứng dây chuyền một cách tự phát, vì vậy uranium 238 còn được gọi là uranium cạn kiệt. Nhưng uranium 235 thì có thể làm được điều đó, tuy nhiên độ phong phú của nó trong tự nhiên rất thấp, và nó thường tồn tại cùng với uranium 238, vì vậy chúng cần được tách ra để tinh chế uranium 235 đến độ tinh khiết hơn 90% trước khi nó có thể được sử dụng để chế tạo bom nguyên tử. Uranium 235 có độ tinh khiết cao có thể thu được bằng phương pháp khuếch tán khí, phương pháp ly tâm khí,... nhưng quá trình này không hề đơn giản, thông thường, sẽ phải cần 200 tấn quặng uranium mới có thể tách được 1 kg uranium 235.

Vật liệu hạt nhân được nạp trong bom nguyên tử là uranium 235 cấp hạt nhân. Uranium 235 cũng được sử dụng trong các nhà máy điện tổng hợp hạt nhân, nhưng độ tinh khiết của uranium khi đó chỉ khoảng 3%, kém xa độ tinh khiết của uranium làm giàu cấp hạt nhân.

Các nguyên tố phóng xạ phát ra bức xạ hạt nhân một cách tự phát, nhưng khi ba đồng vị tự nhiên của uranium nói trên phân rã, chúng chỉ phát ra tia alpha, thậm chí không thể xuyên qua da của con người. Lớp da ngoài cùng trên bề mặt cơ thể chúng ta là một lớp da chết, giống như một lớp áo giáp mỏng mà bức xạ này không thể xuyên qua.

Và chu kỳ bán rã của ba đồng vị này (chu kỳ bán rã liên quan đến thời gian cần một số hạt nhân nhất định để phân rã một nửa) là siêu dài - khoảng 250.000 năm.

Tóm lại, việc tiếp xúc trực tiếp với uranium cấp độ hạt nhân bằng tay không trong thời gian ngắn sẽ thực sự không gây hại cho cơ thể. Đối với quặng uranium tự nhiên, mức độ bức xạ của nó thậm chí còn thấp hơn. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng mặc dù tiếp xúc trực tiếp không có hại nhưng nếu uranium đi vào bên trong cơ thể người thì nó vẫn có hại, xét cho cùng nó vẫn có bức xạ và vẫn là một kim loại nặng.

Một khi đưa uranium vào lò phản ứng thì lượng phóng xạ sẽ rất lớn, rất nguy hiểm, dù có mặc quần áo bảo hộ cũng không được trực tiếp chạm vào mà phải dùng robot.

Tham khảo: Sina; Zhihu; AP