Dubna: Đối thủ xứng tầm của Berkeley

Trong cuộc chạy đua phát minh, săn tìm các nguyên tố siêu nặng cuối cùng trong bảng tuần hoàn nguyên tố, Viện Liên hiệp Nghiên cứu Hạt nhân (JINR) ở thành phố khoa học Dubna, nước Nga, xứng tầm là đối thủ của Phòng thí nghiệm Quốc gia thuộc Đại học California ở Berkley (LBNL), nước Mỹ.

Từ hoang tàn của chiến tranh…

Tòa nhà chính Viện Liên hiệp Nghiên cứu Hạt nhân JINR ở Dubna.

Nhưng con đường vươn lên vị trí đó vô cùng gian nan và không hề bằng phẳng, các nhà khoa học ở trung tâm khoa học Dubna bước chân vào lãnh địa nguyên tố siêu nặng muộn hơn đối tác ở châu lục bên kia ngót hai chục năm.

Trong khi Liên xô (cũ) và các nước thành viên của JINR đang trải qua những năm ác liệt nhất của Thế chiến II, thì ở Berkley, các nhà khoa học của LBNL trong điều kiện yên bình đã xây dựng phòng thí nghiệm hiện đại đủ điều kiện tiến hành nghiên cứu chế tạo các nguyên tố mới. Nhờ đó, từ năm 1940, họ đã sớm tạo ra được các nguyên tố đầu tiên đứng sau Uranium (gọi là siêu uran), là 93 (Z=93 và tên gọi Neptunium) và 94 (Plutonium).

Tiếp theo, công bố liên tiếp các phát minh, năm 1944 với nguyên tố 96 (Curium) và năm 1945 với nguyên tố 95 (Americium). Ngay sau Thế chiến II, trong những năm 1949 – 1965, Bekley tiếp tục cuộc đua không có đối thủ, trở thành chủ nhân độc quyền một loạt nguyên tố mới: 97 (Berkelium), 98 (Californium), 102 (Nobelium), 99 (Einsteinium), 100 (Fermium) và 101 (Medelevium).

Thế chiến II kết thúc, Liên xô (cũ) bắt đầu gượng dậy và dần dần bắt tay xây dựng mới hoặc trang bị lại các cơ sở khoa học. Dubna, một mảnh đất yên tĩnh giữa rừng bạch dương bạt ngàn bên bờ sông Vôn-ga, cách Mat-scơ-va 130 km về hướng tây bắc, được lựa chọn xây dựng phòng thí nghiệm nghiên cứu vật lý hạt nhân và hạt cơ bản.

Nhưng mãi hơn 10 năm sau, năm 1956, Viện Liên hiệp Nghiên cứu Hạt nhân (JINR) mới được thành lập. Ngoài Liên xô (cũ) đóng vai trò chủ chốt, Trung tâm khoa học hạt nhân quốc tế này còn có các quốc gia thành viên khác từ Đông Âu và châu Á (Việt nam, Trung quốc, Triều tiên).

… Đến chiếc nôi khoa học lớn

Ở Dubna, trong số các phòng thí nghiệm chủ yếu được đầu tư xây dựng, Phòng thí nghiệm Phản ứng hạt nhân mang tên Flerov (FLNR) có một vị trí nổi bật. Ở đây, nguyên tố siêu uran, siêu nặng được chọn là đối tượng nghiên cứu trọng tâm.

Dưới sự chỉ đạo của hai nhà vật lý nổi tiếng, ban đầu là Grigory Flerov và về sau là Yuri Oganessian, các nhà khoa học đa quốc gia ở Dubna tiến hành xây dựng phòng thí nghiệm tổng hợp các nguyên tố siêu nặng, trước hết là những cỗ máy cái – máy gia tốc. Họ nâng cấp những máy gia tốc cũ, xây dựng những máy gia tốc hạt ion nặng mới, rồi kết nối các máy gia tốc riêng lẻ thành một tổ hợp mạnh hơn (gọi là tandem), và rồi lại nâng cấp…

Thí nghiệm trên máy gia tốc U-400 (JINR).

Trong năm 1960 đưa vào hoạt động máy gia tốc U-200 và U-300 cho ra chùm hạt anpha (gồm 4 hạt nucleon) có năng lượng trên dưới 10 MeV (tính với mỗi một nucleon). Cuối tháng 12/1970 máy U-400 ra đời, có thể gia tốc hầu hết các hạt nhân trong bảng tuần hoàn nguyên tố với năng lượng 2,5 - 20 MeV/nucleon). Đến 1992, U-400M xuất hiện, gia tốc được các ion năng lượng rất cao, 100 MeV/nucleon, gần vận tốc ánh sáng.

FLNR nhanh chóng trở thành trung tâm gia tốc ion nặng hàng đầu thế giới. Cùng với phát triển công nghệ máy gia tốc, họ lắp đặt máy khối phổ ký để phân tách các sản phẩm phản ứng theo điện tích và khối lượng nhằm tìm kiếm các hạt nhân siêu nặng mới. Các hệ phổ kế, phòng thí nghiệm phân tích hoá học cũng được xây dựng phục vụ cho mục tiêu đó.

Bước vào thập niên 60 của thế kỷ trước, Dubna chính thức lên tiếng, lần lượt tung ra những kết quả phát hiện nguyên tố siêu nặng mới. FLNR ở Dubna thực sự trở thành đối thủ ngang tầm với LBNL ở Mỹ. Những năm dài của thời kỳ chiến tranh lạnh, họ là những đối thủ cạnh tranh gay gắt, rồi dần dần, như cọng hưởng với không khí hoà dịu lan toả trên thế giới, họ bỗng trở thành những đối tác phối hợp với nhau, bù đắp những thiếu hụt của mỗi phía, tạo ra những phát minh chung trong mục tiêu cao cả của nhân loại – khám phá bí ẩn của thế giới tự nhiên.

Hơn nửa thế kỷ qua, Dubna là nơi sản sinh cả ngàn công trình nghiên cứu thuộc những lĩnh vực khác nhau về vật lý năng lượng cao, năng lượng thấp, về một số nghiên cứu ứng dụng mũi nhọn khác. Dubna còn là chiếc nôi đào tạo nhiều chuyên gia đầu đàn về khoa học hạt nhân cho nhiều nước, trong đó có Việt Nam.

Từ độc quyền phát minh…

Ở đây, cần nhấn mạnh rằng, cùng với sự lớn mạnh của Phòng thí nghiệm phản ứng hạt nhân FLNR, các phát minh khám phá trong lĩnh vực nguyên tố siêu nặng là thành tựu khoa học khá bất ngờ, đầy ấn tượng, mang lại niềm tự hào cho cộng đồng khoa học Dubna.

Dù rằng sự xuất hiện của FLNR trong lĩnh vực nghiên cứu hạt nhân siêu nặng rơi vào thời điểm cạnh tranh gay gắt với sự ra đời một số trung tâm nghiên cứu ở các quốc gia giàu mạnh, như Trung tâm ion nặng GSI ở Darmstad (Đức) và Viện nghiên cứu Lý Hoá RIKEN ở Tokyo (Nhật), và đặc biệt sự tồn tại từ bao năm nay ở Berkeley (Mỹ) của một “tượng đài” LBNL đồ sộ về trang bị, hùng hậu về nhân tài và kinh nghiệm đầy mình với trên mười nguyên tố siêu nặng được phát hiện.

Do vậy, hầu hết các phát minh của Dubna đều gặp các tranh chấp rắc rối về bản quyền tác giả và cần đến sự phân xử của các “toà án nghề nghiệp”, Hiệp hội Vật lý Cơ bản và Ứng dụng (IUPAP) hay Hiệp hội Hoá học Cơ bản và Ứng dụng (IUPAC).

Quá trình cạnh tranh đó bắt đầu với cuộc giành độc quyền phát minh nguyên tố 102.

Năm 1966, nguyên tố 102 (sau này được đặt tên là Nobelium) được tổng hợp trên máy gia tốc của FLNR bởi các viên đạn C (12,6) với số điện tích Z = 6; số khối lượng A = 12 bắn vào hạt nhân bia Cm (244,96). Cùng với 4 hạt neutron phát ra, hạt nhân siêu nặng mới No (252,102) được tạo thành.

Thực ra, nguyên tố 102 cũng đã được tuyên bố tìm thấy ở Viện Nobel (Thuỵ điển) vào năm 1957, nhưng sau đó các tác giả tự rút lui. Năm sau, 1958, nhóm Berkley ở LBNL lại công bố kết quả tổng hợp 102, nhưng họ bất nhất về số khối lượng và có mâu thuẫn với số liệu về năng lượng hạt anpha phát ra của các nhà khoa học Thuỵ điển.

Vì vậy, IUPAC-IUPAP, năm 1992 ra tuyên bố chính thức công nhận ê-kip Dubna là các nhà phát minh nguyên tố 102 và chấp nhận tên gọi là Nobelium.