Dubna: Đối thủ xứng tầm của Berkeley (2)

Trong cuộc chạy đua săn tìm các nguyên tố siêu nặng cuối cùng trong bảng tuần hoàn, Viện Liên hiệp Nghiên cứu Hạt nhân ở Đupna, Nga xứng tầm là đối thủ của Phòng thí nghiệm Quốc gia thuộc Đại học California, Berkeley, Mỹ.

>>> Dubna: Đối thủ xứng tầm của Berkeley

Chia sẻ bản quyền

Nguyên tố 104 được tạo ra năm 1964, ở Dubna, khi bắn các viên đạn Ne (A=22, Z=10) vào hạt nhân bia Pu (A=242, Z=94). Trong trường hợp này, một số không xác định hạt neutron phát ra, và do đó khối lượng hạt nhân 104 chưa được xác định chính xác. Nhưng bù lại, bằng phương pháp hoá học, nhóm Dubna có thể khẳng định: các nguyên tử hạt nhân mới tạo ra mang tính chất eka-hafnium, điều đó có nghĩa là nguyên tố mới phải nằm ở ô 104 của bảng tuần hoàn nguyên tố.

Các nhà khoa học Livermore ở Dubna.

Nhóm Berkley cũng tổng hợp được hạt nhân 104, nhưng chậm hơn, vào năm 1969. Song, qua phổ anpha của các hạt nhân con 102, họ lần đầu tiên xác định khối lượng 257, 258 và 259 của các hạt nhân mới 104.

Tình hình trên dẫn tới cuộc đôi co kéo dài về bản quyến phát minh nguyên tố 104 và mãi đến năm 1992 mới được các tổ chức thẩm quyền IUPAC/IUPAP hoá giải với quyết định: i/ Bản quyền phát minh nguyên tố 104 chia phần cho cả đôi bên. ii/ Không lấy tên người Nga hay Mỹ nào, chỉ lấy tên nhà khoa học tiền bối nổi tiếng người Anh – Rutherford để đặt cho nguyên tố 104, tức tên gọi chính thức của 104 là Rutherfordium, ký hiệu Rf.

Câu chuyện nguyên tố 105 cũng gần như vậy.

Năm 1968, các hạt nhân 105 đầu tiên được tổng hợp bởi các nhà khoa học FLNR ở Dubna. Bằng cách bắn chùm hạt Ne (22,10) vào bia Am (243,95), các hạt nhân mới 105 được tạo thành và ghi nhận, và khối lượng của chúng cũng chưa được xác định chính xác.

Hai năm sau, 1970, lại tổng hợp các hạt nhân 105. Và ngoài phân rã anpha, họ phát hiện được cả hiện tượng tự phân hạch với chu kỳ bán rã 2,2 giây, đồng thời tìm thấy tính chất hoá học của các nguyên tử hạt nhân mới này tương tự các nguyên tử hạt nhân Niobium; tức các hạt nhân mới tạo ra phải thuộc nguyên tố tương ứng ô 105 của bảng tuần hoàn Mendeleev. Năm sau, 1971, nhóm Dubna nâng cấp thiết bị, lập lại thí nghiệm cũ của mình và xác định chính xác: hạt nhân 105 được tạo thành ứng với số khối lượng A = 260.

Các nhà khoa học Berkeley cũng chậm chân hơn một chút, cuối tháng 4 năm 1970 mới công bố đã tổng hợp được các hạt nhân 105 với số khối lượng A = 260 trong phản ứng giữa đạn N (15,7) và bia Cf (249,98). Họ còn tuyên bố đo được năng lượng anpha phát ra từ hạt nhân này, nhưng lại không trùng với số liệu thu được của Dubna trước đó.

Diễn biến của cuộc đua tranh giữa hai trung tâm khoa học hạt nhân hàng đầu thế giới giành quyền phát minh nguyên tố 105 cũng xảy ra quyết liệt và kéo dài. Mãi đến năm 1992, các nhóm chuyên gia của IUPAC/IUPAP mới đưa ra kết luận, rằng: các kết quả từ hai phòng thí nghiệm JINR và LBNL bổ sung cho nhau và bản quyền phát minh cũng chung cho cả hai.

Một lần nữa, với nguyên tố 105 “quan toà” lại xử hoà! Dù vậy, Trung tâm khoa học FLNR ở Dubna vẫn thoả mãn vì đã giành được vinh dự to lớn: Tên vàng Dubnium với ký hiệu Db đã gắn cho nguyên tố 105! Thành phố Dubna, địa danh thực sự khai sinh ra các nguyên tố siêu nặng 102, 104 và 105, cũng như các nguyên tố khác đang trong quá trình thẩm định của cơ quan thẩm quyền IUPAC/IUPAP đã được tôn vinh.

Đối thủ chuyển thành đối tác

Nhà vật lý nổi tiếng G.N. Flerov.

Với các nguyên tố 104 (Rutherfordium) và 105 (Dubnium), hai đối thủ thâm niên, Dubna và Berkeley, cuối cùng đã chấp nhận phán quyết của “trọng tài” IUPAC/IUPAP chia nhau bản quyền phát minh.

Đi tiếp trên con đường hoà giải toàn cầu, bước sang thế kỷ mới 21, hai đối thủ bắt chặt tay nhay chuyển thành đối tác.

Từ những năm đầu của thế kỷ, Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence ở Livermore (LLNL) đã cử một ê kip nghiên cứu qua Dubna làm khách của Phòng thí nghiệm phản ứng hạt nhân (FLNL) và cùng chủ nhà tiến hành các thí nghiệm săn tìm các nguyên tố siêu nặng cuối bảng tuần hoàn nguyên tố, 114 và 116. Họ tận dụng các ưu thế của nhau. Dubna có máy gia tốc mạnh U-400, phòng thí nghiệm hoá học già dặn kinh nghiệm v.v… và Livermore độc quyền trong tay về bia bằng chất liệu Curium hay Californium siêu tinh khiết, vô cùng quý hiếm chỉ chế tạo được bằng phương pháp nhân tạo.

Trên máy gia tốc của FLNR, họ đã cùng tiến hành thí nghiệm khám phá nguyên tố 114 và 116. Họ tổng hợp thành công các hạt nhân 114 với số khối lượng A = 287 qua phản ứng:

Ca(48,20) + Pu(242,94) → X(287,114) + 3n

Và thu các hạt nhân 116 với A = 291 qua phản ứng:

Ca(48,20) + Cm(245,96) → X(291,114) + 2n

Mới gần đây, nhóm chuyên gia hỗn hợp của IUPAC/IUPAP đã vào cuộc, tiến hành phân tích, thẩm định các kết quả thí nghiệm phối hợp Dubna-Livermore từ năm 2004. Và ngày 1 tháng sáu năm 2011 vừa rồi đã đưa ra kết luận chính thức: Các tác giả của thí nghiệm Dubna-Livermore đáp ứng các tiêu chí về bản quyền phát minh các nguyên tố siêu nặng mới 114 và 116. Và nhóm tác giả nói trên được mời đề xuất tên gọi cho các nguyên tố 114 và 116 để Đại hội đồng IUPAC chuẩn y.

Theo Phó Tổng Giám đốc JINR, Ê kip nghiên cứu Dubna mong muốn nguyên tố 114 được mang tên flerovium để tưởng nhớ nhà vật lý Georgy Flerov, cố giám đốc FLNR, còn nguyên tố 116 được mang tên moscovium để vinh danh Vùng Moscow nơi có thành phố Dubna – chiếc nôi ra đời nhiều nguyên tố siêu nặng.

Vậy là cuộc “hôn phối” của hai cựu đối thủ đã đơm hoa kết quả. Sự chờ đợi một kết cục trọn vẹn với quyết định chính thức của IUPAC về các tên gọi và ký hiệu của 114 và 116 có lẽ chỉ là vấn đề thời gian.

Số phận của bộ ba 113, 115 và 118?

Giờ đây, sự hồi hộp hơn, thú vị hơn có lẽ chuyển sang bộ tam mã 113, 115 và 118 với ký hiệu tạm thời là Uut, Uup và Uuo.

Ê kip nghiên cứu quốc tế Dubna-Livermore trong những năm gần đây đã tích cực săn tìm các nguyên tố siêu nặng trên và lần lượt công bố các kết quả thu được.

Ngày 1/2/2004 ê-kíp khoa học quốc tế Dubna-Livermore công bố kết quả thí nghiệm tổng hợp một số hạt nhân 115 và 113 đầu tiên khi bắn vào bia Americium Am bằng chùm hạt Calcium Ca trên máy gia tốc của Dubna:

Ca(48,20) + Am(243,95) → Uup(288/287,115) → Uut(384/283,113)

Để hậu thuẫn cho tuyên bố của mình, họ tiến hành bổ sung các thí nghiệm hoá học vào tháng 6/2004 và 12/2005 và chứng tỏ đã tích luỹ được các hạt nhân “cháu chắt” là Dubnium Db (268,105) sau quá trình phân rã anpha liên tiếp từ các bậc “cụ kỵ” 115 và 113.

Tiếp theo, ngày 9/10/2006 các nhà nghiên cứu ê kíp Dubna-Livermore công bố kết quả thí nghiệm tổng hợp được khoảng 3-4 hạt nhân 118 khi thực hiện thí nghiệm tổng hợp các hạt nhân mới Uuo (294,118) trên chùm ion Ca (48,20) của máy gia tốc ở FLNR với bia Cf (249,98) mang từ Mỹ sang.

Các kết quả nghiên cứu trên đã gặt hái được bởi tập thể các nhà nghiên cứu hàng đầu, trên những thiết bị và vật liệu hiện đại nhất. Tuy vậy, cho đến nay các sản phẩm mới nhất, những nguyên tố mới 113, 115 và 118 ấy vẫn chưa lọt qua những đôi mắt nghiêm khắc của các chuyên gia trong Tiểu ban công tác hỗn hợp (Joint Working Party) của Hiệp hội Hoá Cơ bản và Ứng dụng Quốc tế (IUPAC). Vừa qua, trong năm này, tiểu ban nói trên vẫn khuyến cáo: Các kết quả thu được về các nguyên tố 113, 115 và 118 nói trên (và cả kết quả nghiên cứu khác của các nhà khoa học Đức ở GSI và Nhật ở RIKEN) vẫn chưa hội đủ các tiêu chí để công nhận bản quyền phát minh cho các tác giả của nó.

Con đường đi đến điểm cuối của bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học hẳn có nhiều điều thú vị và còn lắm chông gai.