Nghiên cứu và ứng dụng vật lý hạt nhân nửa thế kỷ trước ở Việt Nam

Thiết bị hạt nhân đáng giá đầu tiên ở nước ta là máy phát nơ trôn 14 MeV do Viện Dubna tặng Viện Vật lý. Món quà cũng thể hiện mối tình thân hữu giữa Viện sỹ G. N. Flerov và Giáo sư Nguyễn Văn Hiệu, người sáng lập và lãnh đạo Viện Vật lý từ đầu thập kỷ 1970.

Kèm theo máy gia tốc còn có máy phân tích biên độ 1024 kênh, detecto nhấp nháy và hệ thống chuyển mẫu tự động bằng khí nén để phân tích kích hoạt dựa trên các đồng vị sống ngắn. Thời ấy, các thiết bị điện tử còn sử dụng bóng bán dẫn, cồng kềnh và bất tiện hơn ngày nay nhiều. Luồng nơ trôn 14 MeV với thông lượng 1010 n/s có thể xem như mạnh nhất thời bấy giờ. Sau này ta có lò phản ứng Đà Lạt với luồng nơ trôn mạnh hơn gấp bội, có rất nhiều kênh chiếu và kênh dẫn nơ trôn, nhưng nơ trôn ở lò Đà Lạt có năng lượng dưới MeV.

Thế hệ hạt nhân đầu tiên đã sử dụng máy phát nơ trôn để phân tích kích hoạt, xác định hàm lượng các nguyên tố trong quặng bô xit, quặng đồng v.v… Kết quả được công bố trên một số tạp chí Liên Xô, như “Atomnaya Energia”, rất có uy tín về năng lượng nguyên tử trên thế giới thời bấy giờ.

Tuy thua kém các thiết bị cùng loại trên thế giới về nhiều tính năng vật lý, hệ thống ghi đo bức xạ gamma bằng detecto nhấp nháy lại có năng suất phân giải rất thấp, song hệ thiết bị của Viện Vật lý vẫn có khả năng tạo ra các đồng vị sống ngắn, trong đó có các trạng thái isome. Xác định tỷ số tiết diện tạo thành trạng thái isome và trạng thái cơ bản (tỷ số isome) là đề tài vật lý hạt nhân thực nghiệm khá sôi nổi lúc bấy giờ trên các máy gia tốc phát nơ trôn nhanh.

Không ít khó khăn về kỹ thuật thực nghiệm phải vượt qua để tìm được chỗ đứng cho công trình nghiên cứu tỷ số isome của Việt Nam trên mặt tiền khoa học hạt nhân lúc bấy giờ. Công trình được đăng trên Yadernaya Physica, sau đó được đăng lại trên ấn phẩm của IAEA, đánh dấu cọc mốc đầu tiên trên bước đường nghiên cứu tỷ số isome xuyên suốt nhiều thế hệ lãnh đạo Phòng Vật lý Hạt nhân, Viện Vật lý. Máy phát nơ trôn đã lỗi thời, Viện Vật lý được tặng thêm máy gia tốc electron (microtron). Các thế hệ tiếp theo nghiên cứu tỷ số isome đã sử dụng những công cụ hiện đại hơn, cả các máy gia tốc rất mạnh ở nước ngoài.

Thời ấy Viện Vật lý còn có máy phát nơ trôn xung 14 MeV do Liên Xô chế tạo, có thể đưa xuống giếng khoan để thăm dò dầu khí. Toàn bộ thiết bị thả xuống giếng khoan, gọi là “củ cà rốt”, được đặt bên trong ống thép hình trụ dài 2,5 m, đường kính 10 cm, bề dày 1 cm, bao gồm nguồn cao áp xung 40 kV, chiều dài xung 100 ms, đèn phát nơ trôn, và detecto ghi nhận nơ trôn khuyếch tán ngược từ các vỉa chứa dầu và nước bao quanh giếng khoan.

Hôm ấy, cả công trường khoan dầu ở Thái Bình đã nghỉ hẳn một đêm, nhường giếng khoan cho các nhà hạt nhân thả củ cà rốt xuống tận độ sâu 2000 m, nơi đây nhiệt độ nước giếng cao hơn 100 oC. Vỉa chứa dầu khuyếch tán nơ trôn mạnh hơn vỉa chứa nước, nhờ đó có thể phát hiện ra lớp tiếp giáp dầu – nước bằng cách ghi nơ trôn khuyếch tán ngược trong thời gian giũa các xung.

Chúng tôi làm việc trong xe chuyên dụng ca rô ta. Tiếng tích tắc khe khẽ từ máy đếm nơ trôn bỗng trở nên rộn ràng. Củ cà rốt đang đứng ngay ở lớp tiếp giáp giữa hai vỉa chứa dầu và nước.

Thấy dầu rồi, mọi người reo lên! Lớp tiếp giáp sau cách lớp trước khoảng 6 m, đây chính là bề dày vỉa dầu. Hình như trước đó bên dầu khí đã phát hiện ra vỉa dầu này. Nếu đúng thế, phương pháp nơ trôn xung giúp khẳng định phát hiện của họ và xác định rất chính xác vị trí các lớp tiếp giáp giữa dầu và nước.

Nửa đêm hôm ấy hai bạn trẻ nhất đoàn lội xuống sông bắt ngao. Thế là chúng tôi có bữa cháo ngao tự biên tự diễn mừng thành công trước lúc rạng đông.

Nửa thế kỷ trôi qua vẫn không sao quên được cái đêm không ngủ ấy bên con sông nước lợ ở Thái Bình. Kỷ niệm một thời thanh niên làm hạt nhân đầy lãng mạn!

Kỹ thuật phân tích phóng xạ tự nhiên dùng detecto Ge siêu tinh khiết được ứng dung rất rộng rãi ở nước ta trong nhiều năm gần đây. Có lẽ ít người ngồi bên detecto để khai thác cái “mỏ vàng lộ thiên” này thắc mắc: Ai đã tìm ra kỹ thuật mầu nhiệm này và từ bao giờ?

Sau thống nhất đất nước, một đơn vị quân đội đã mang đến phòng thí nghiệm Vật lý hạt nhân một mẫu đất lấy từ Nông Sơn, Quảng Nam nhờ phân tích urani. Họ không hiểu vì sao nơi đó phóng xạ rất cao nhưng urani phân tích bằng phương pháp hóa học lại rất thấp. Phương pháp hạt nhân dùng detecto bán dẫn độc nhất ở Việt Nam lúc này đã giúp họ phân tích U, Ra, Th, K trong mẫu, đồng thời cho thấy U và Ra nơi đây bị mất cân bằng phóng xạ. Urani bị nước lôi đi để radi ở lại, độ phóng xạ cao dị thường là vì radi chứ không phải urani.

Và một công trình đầu tiên về phương pháp phân tích U, Th, Ra, K dùng detecto bán dẫn đã được công bố ra quốc tế. Có điều kỹ thuật thực nghiệm thời ấy kém xa bây giờ.

Kể lại vài câu chuyện trên để nhớ đến những người đã từng dắt tay nhau đi những bước đầu tiên trên hành trình hạt nhân ở Việt Nam.

Nguyễn Tất Tố, Phạm Quang Điện, Hoàng Đắc Lực, Võ Đắc Bằng, Dương Quang Tân, Nguyễn Trọng My, Lê Khắc Mạnh đã đi vào cõi vĩnh hằng.

Huỳnh Thượng Hiệp và Trần Đại Nghiệp ở tuổi lúc nhớ lúc quên, nhớ ít quên nhiều.

Nguyễn Phúc, Nguyễn Khắc Thi, và Nguyễn Văn Đỗ đang tiến đến ngưỡng cửa bát tuần.

Họ là thế hệ hạt nhân đầu tiên. Trong số này có những chuyên gia vật lý hạt nhân thực nghiệm thuộc loại hiếm. Một thế hệ vàng!

GS. Phạm Duy Hiển, Viện Năng lượng nguyên tử Việt Nam

Nguồn: https://vinatom.gov.vn