Kỳ tích kéo dài bảng tuần hoàn các nguyên tố (II)

Niềm tự hào lớn nhất của Trung tâm nghiên cứu khoa học GSI (Đức) là các nhà khoa học hạt nhân ở đây, trên máy gia tốc ion nặng UNILAC của mình, trong vòng 30 năm, đã tổng hợp thành công và được quốc tế công nhận là các nhà phát minh của 6 nguyên tố siêu nặng chưa hề biết trước đó.

(Xem phần I: Sự hấp dẫn của những ẩn số chưa khám phá/Những cỗ máy của phát minh)

Kỳ tích của các nhà khoa học hạt nhân Đức

Trên hệ thiết bị phong phú và độc đáo nói trên, Trung tâm GSI, trong gần 30 năm qua, đã đạt được kỳ tích đáng khâm phục trong lĩnh vực nguyên tố mới.

Nguyên tố 107 là nguyên tố siêu nặng đầu tiên được tổng hợp và xác định vào năm 1981. Hạt nhân đầu tiên được tìm thấy là hạt nhân 107 có khối lượng 262 đơn vị, viết gọn 107(262) , với sự tham gia của loại “đạn” ion Cr-54 và bia Bi-209.

Chủ nhân của nguyên tố 112

Nguyên tố 108 được tổng hợp và xác định năm 1984 dựa trên 3 nguyên tử được tìm thấy. Hạt nhân đầu tiên là 108 (264) tạo thành khi bắn “đạn” ion nặng sắt Fe-58 vào bia chì Pb-207.

Nguyên tố 109 được tổng hợp và xác định năm 1982. Đồng vị đầu tiên được tìm thấy 109(266) với tổ hợp đạn là ion nặng sắt Fe-58 và bia chì Pb-209.

Nguyên tố 110 được tổng hợp và xác định năm 1994. Sử dụng đạn là ion nặng Ni-62 và bia là chì Pb-208, lần đầu tiên bốn dãy phân rã alpha được ghi nhận và được xác định thuộc về hạt nhân 110(269) của nguyên tố mới tìm ra.

Nguyên tố 111 được tổng hợp và xác định cũng trong năm 1994 dựa trên 3 dãy phân rã alpha được tìm thấy thuộc hạt nhân mới 111(272), ở đây sử dụng đạn Ni-64 và bia Bi-209.

Và cuối cùng là nguyên tố 112 được tổng hợp bằng cách chiếu chùm ion Zn-70 lên bia chì Pb-208. Và cũng như các nguyên tố trên đây, nguyên tố mới 112 được phát hiện năm 1996 nhờ hệ thiết bị thu nhận, phân tích SHIP. SHIP đã phát hiện một hạt nhân hợp phần mới 112 (với số khối lượng 278) trong một thí nghiệm kéo dài liên tục 3 tuần lễ (24 giờ trong 1 ngày) và bắn phá liên tục bởi 3,4 x triệu x triêu x triệu hạt đạn Zn-70.

Hạt nhân này sau khi phát ra hạt neutron để trở thành hạt nhân 110(277), rồi sau vài micro giây tiếp tục phát ra hạt alpha để trở thành hạt nhân con 110(273) của nguyên tố 110 đã tìm thấy trước đó hai năm.

Con đường đến đỉnh vinh quang

Như thường lệ, con đường từ lúc hoàn thành công trình nghiên cứu, công bố trên sách báo chính thức đến khi được cộng đồng khoa học quốc tế chấp nhận và cho phép đặt tên không mấy bằng phẳng, chóng vánh.

Phẳng lặng nhất là khoảng thời gian từ năm 1940 đến năm 1955. Việc công nhận tác giả phát minh và đặt tên cho nguyên tố mới từ nguyên tố 93 đến nguyên tố 101, diễn ra khá đơn giản, vì bấy giờ chỉ có Phòng thí nghiệm quốc gia Berkeley (Mỹ) độc tôn với khả năng tạo ra nguyên tố mới.

Nhưng đến nguyên tố 102 và các nguyên tố mới sau đó tình hình đã thay đổi. Phòng thí nghiệm quốc tế Dupna (Liên Xô cũ) đã nổi lên và trở thành đối tác cạnh tranh cân tài cân sức với Phòng thí nghiệm quốc gia Berkeley (Mỹ). Cả Dupna và Berkley đều tuyên bố tổng hợp được nguyên tố 102 và giành quyền đặt tên cho nguyên tố này.

Từ đó, một cuộc xung đột thực sự trong cộng đồng khoa học nảy sinh. Những tuyên bố trái ngược nhau về tên gọi của nhiều nguyên tố đứng sau nguyên tố Fermium (100), như 103, 104, 105 v.v..., còn gọi là cuộc chiến tranh Transfermium, kéo dài nhiều thập kỷ. Trong suốt 40 năm, các phòng thí nghiệm tại Mỹ, châu Âu và Liên Xô tiếp tục đặt tên cho các nguyên tố mới mà chẳng cần quan tâm đến đối phương.

Và rồi, cuộc chiến tranh Transfermium cũng đến hồi lắng dịu cùng với sự lắng dịu của cuộc chiến tranh lạnh trên thế giới. Đến năm 1997, các nhà khoa học “đối địch” đã thương lượng được với nhau và thống nhất về tên gọi của các nguyên tố từ 102 đến 109. Đặc biệt, từ năm 1999, cuộc chiến tranh Transfermium gần như chấm dứt và vai trò của Hiệp hội hóa học cơ bản và ứng dụng quốc tế IUPAC trong việc điều hòa và xác nhận quyền phát minh được mọi phía tôn trọng.

Bầu không khí cởi mở đó đã tạo những thuận lợi nhất định cho các nhà phát minh Đức ở GSI. Quyền tác giả phát minh của họ dần dần được thừa nhận và tên gọi các nguyên tố mới do họ đề xuất, về cơ bản, được tổ chức quyền lực quốc tế IUPAC đồng ý mà không gặp phải những phản ứng gay gắt nào.

Ba nguyên tố lẻ 107, 109 và 111 mới phát minh được lấy tên ba nhà vật lý hàng đầu thế giới của thế kỷ XX là BOHRIUM (ký hiệu Bh), MEITNERIUM (ký hiệu Mt) và ROENTGENIUM (Rg).

Đặc biệt, hai nguyên tố chẵn 108 và 110 được lấy tên HASSIUM và DAMSTADTIUM để vinh danh thành phố Darmstadt và bang Hassen quê hương thân yêu, nơi đùm bọc Trung tâm Khoa học hàng đầu nước Đức GSI trong suốt bốn thập niên qua.

Chỉ còn nguyên tố 112 đến thời diểm này chưa có tên gọi. Vấn đề còn lại chỉ là bao giờ.

Tác giả thăm khu vực thí nghiệm ở GSI

Dẫn người viết bài này tham quan khu thí nghiệm từng phát minh các nguyên tố mới, Tiến sĩ Dieter Ackermann, một trong những người đã tham gia thí nghiệm tổng hợp nguyên tố 112, cho biết: theo nguyên tắc, sau 6 tháng nữa kể từ lúc đề nghị tên nguyên tố, nếu không có ý kiến phản đối hợp lý nào thì đề nghị sẽ được chấp nhân.

Hình như mọi việc còn lại chỉ là thông tục. Vì các phát minh của GSI đã được các phòng thí nghiệm nổi tiếng trên thế giới kiểm tra.. Năm 2004 các nhà khoa học Nhật ở RIKEN xác nhận kết quả của GSI bằng cách lặp lại thí nghiệm y hệt GSI. Trước đó, năm 1998 (sau GSI 2năm), các nhà khoa học Dupna cũng tạo được các đồng vị 112, chỉ khác là các số khối lượng lớn hơn (282-285) trên thiết bị của mình.

Bản thân các nhà khoa học ở Đức, năm 2005 cũng làm thí nghiệm với tổ hợp bia và đạn khác (Ca48 + U238) và thu được đồng vị với số khối lượng 283 của nguyên tố 112.

Mọi điều đã rõ ràng. Ngày 19 tháng 5 năm 2009 mới đây Hiệp hôi IUPAC đã cấp bằng phát minh cho Sigurd Hofmann và cộng sự ở GSI. Và theo đề nghị chính thức của IUPAC, nhóm phát minh GSI, ngày 13 tháng 7 vừa rồi cũng đã đề xuất tên gọi cho nguyên tố 112 là COPERNICIUM (ký hiệu Cp).

Họ giải thích: “Với đề nghị của mình, chúng tôi muốn vinh danh một nhà khoa học, một nhà thiên văn đã sống trong thời kỳ chuyển giao từ thời trung cổ sang đương đại. Ông sinh ra ngày 19/2/1473 ở Torun, Ba Lan và mất ngày 24/5/1543 ở Frombork/Frauenburg. Công trình của ông có ảnh hưởng tuyệt vời đến tư duy chính trị và triết học của con người và đến sự thăng tiến của nền khoa học hiện đại dựa vào những kết quả thực nghiệm”.

Không còn gì nữa để nghi ngờ. Chúng ta có lý chờ đợi giây phút vinh quang đó sẽ đến với các nhà khoa học GSI trong những ngày đầu năm 2010 sắp tới.

Nguyên tố 112 trong bảng THNT

Có thể nói, mỗi một nguyên tố mới được phát hiện chính là một cột mốc son lớn đánh dấu bước tiến của con người trên con đường nhận thức cấu trúc của thế giới vật chất.

Ngay trong mùa Xuân này, các nhà khoa học Đức ở GSI có quyền ngẩng cao đầu với kỳ tích lớn lao, phát minh 6 nguyên tố siêu nặng kế tiếp, kéo dài Bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, bằng những mốc son chói lọi thứ 107, 108, 109, 110 và 112.