BẠN CẦN CHUẨN BỊ GÌ TRƯỚC KHI RA RẠP XEM OPPENHEIMER

Mới đây ngày 11/08, một trong những bộ phim được trông đợi nhiều nhất của điện ảnh Hollywood - Oppenheimer đã được khởi chiếu tại Việt Nam với thời lượng 180 phút.

Mặc dù là một bộ phim tiểu sử, nhưng được thực hiện bởi đạo diễn gạo cội Christopher Nolan, bộ phim chứa đựng các yếu tố khoa học tương đối lớn, chính vì thế, để thưởng thức trọn vẹn hơn tác phẩm này, chúng ta cũng cần "chuẩn bị" trước một số thông tin để tránh lạc nhịp.

Quan trọng nhất đó là lý thuyết về bom nguyên tử, tại sao nó lại có sức công phá hủy diệt hàng loạt, và tại sao chế tạo ra nó lại phức tạp đến như vậy, khi dự án Manhattan, với quy tụ của các tinh hoa hàng đầu Thế giới lại phải tiêu tốn tận 3 năm cùng 2 tỉ đô la (tương đương khoảng 22 tỉ đô la hiện tại).

Nguyên lý Phân hạch trong lõi bom nguyên tử - nguồn: internet

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Người ta sử dụng neutron (hạt hạ nguyên tử - trong nhân nguyên tử) để bắn và phá vỡ các nguyên tử khác. Quá trình này được gọi là "Phân hạch".

Tính đến thời điểm đó, có hai loại nguyên tử có thể bị phá hủy hiệu quả nhất bởi cách này là Uranium (U) và Plutonium (Pu), trong đó phổ biến nhất là đồng vị U-235 và Pu-239.

Uranium có chu kỳ bán rã là vài trăm triệu năm đến hàng tỉ năm - nên loại vật chất này có sẵn trong tự nhiên; ngược lại Plutonium có chu kỳ bán rã là 24,000 năm nên con người phải tổng hợp ra nó. Chính vì thế nên thông thường người ta sử dụng Uranium để chế tạo bom hạt nhân.

Khi các nguyên tử U bị phá vỡ bởi Phân hạch, nó sẽ tách thành 2 nguyên tử khác (Krypton và Bari), cùng một số sản phẩm phụ; đồng thời giải phóng 3 neutron trong lõi của mình. Quá trình này gọi là "Phóng xạ".

3 hạt neutron bị tạo ra từ quá trình Phóng xạ, lại tiếp tục bắn phá 3 nguyên tử U khác, tiếp diễn mãi như vậy theo cấp số nhân... Quá trình này gọi là "Phản ứng dây chuyền".

Đây chính là điều khiến Oppenheimer và Teller lo sợ khi phản ứng này sẽ lan tỏa mãi, dẫn đến hủy diệt thế giới được nhắc đến trong bộ phim. May mắn sao, người ta đã chứng minh được rằng phản ứng dây chuyền sẽ kết thúc với tỉ lệ "gần bằng 0" mà Oppenheimer đã nói.

Mỗi phản ứng bắn phá này chỉ diễn ra trong 1/1 triệu giây và mọi phản ứng đều sinh ra năng lượng. Chính vì thế, năng lượng được sinh ra là vô cùng lớn trong một khoảng thời gian vô cùng ngắn sẽ tạo ra sức nổ cưỡng ép hủy diệt.

TINH CHẾ LÕI CỦA BOM HẠT NHÂN

Trên thực tế, Uranium tự nhiên bao gồm chủ yếu hai đồng vị là U-235 (0,3%) và U-238 (99,7%); trong đó U-238 không bị phá vỡ bởi quá trình Phân hạch. Để kích thích được phản ứng dây chuyền, người ta tính toán rằng phải có hàm lượng U-235 tối thiểu là 90% trong lõi hạt nhân của quả bom.

Chính vì thế, để sản xuất được bom nguyên tử, người ta phải tổng hợp được U-235 tinh chất đạt tỉ lệ trên. Quá trình này được gọi là "Làm giàu".

Có nhiều phương pháp làm giàu Uranium, nhưng phổ biến nhất là phương pháp ly tâm, tức là cho hỗn hợp 2 loại này vào thiết bị xi lanh quay; U-238 nặng hơn sẽ bị tách ra bên ngoài và U-235 nhẹ hơn sẽ được thu vào bên trong. Quá trình này mất rất nhiều thời gian do hàm lượng U-235 trên thực tế rất nhỏ (0,3%).

Đây chính là giai đoạn "bỏ từng viên bi" xuyên suốt bộ phim mà chúng ta sẽ thấy. Trên mặt bàn họp tại khu nghiên cứu Alamos, Oppenheimer đặt một chiếc cốc và một chiếc chậu cá rồi bỏ dần các viên bi vào, tương ứng với số lượng thành phẩm nguyên tử được làm giàu. Chiếc bể cá to hơn - là số U-235 phải tạo ra; còn chiếc cốc bé hơn - là số Pu-239 phải tạo ra. Thời điểm này, nhóm nghiên cứu đang phát triển các quả bom mà mình sẽ nhắc tới ở phần sau.

Vậy tại sao lại là Plutonium?

Mặc dù có chu kỳ bán rã rất ngắn, trữ lượng tồn tại trong tự nhiên không cao, nhưng người ta phát hiện ra rằng trong quá trình Phân hạch Urani, có một lượng lớn Plutoni được tạo ra. Pu có nhiều đồng vị, nhưng quan trọng nhất là Pu-239 và Pu-241. Pu-239 là đồng vị có thể Phân hạch mà dễ tổng hợp nhất, tiết kiệm công sức nhất, thậm chí có thể phân hạch tạo thành U-235 trong quá trình phản ứng dây chuyền.

Chính vì thế nên song song với việc làm giàu U-235; người ta tổng hợp Pu-239 để làm lõi hạt nhân trong bom nguyên tử.

CÁC QUẢ BOM NGUYÊN TỬ ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG THẾ CHIẾN II

Quả bom nguyên tử đầu tiên được tạo ra thành công tên là "The Gadget", được sử dụng trong cuộc thử nghiệm nguyên tử đầu tiên - Trinity tại sa mạc New Mexico mà ta sẽ gặp trong bộ phim.

"The Gadget" - quả bom được thử nghiệm trong vụ thử Trinity - nguồn: internet

Có hai cách kích nổ phản ứng phân hạch trong bom hạt nhân là "kích nổ súng" và "kích nổ sập".

Kích nổ súng nghĩa là Nguyên tử sẽ được thiết kế dạng "bia" và neutron là "đạn"; viên hạ nguyên tử sẽ được bắn với cơ chế như súng. Còn kích nổ sập nghĩa là các thành phần sẽ bị ép lại với lõi nguyên tử đạt gần tới hạn trong một không gian kín.

Có hai dạng lõi mà ta đã biết là U-235 và Pu-239.

Dự án Manhattan thời điểm đó đang nghiên cứu, và quyết định chế tạo 4 quả bom nguyên tử như sau:

- Thin Man: Kích nổ súng - lõi Pu-239: Thất bại khi thử nghiệm

- The Gadget: Kích nổ sập - lõi Pu-239: Thành công trong thử nghiệm Trinity - vụ nổ hạt nhân đầu tiên trên thế giới

- Little Boy: Kích nổ súng - lõi U-235: Thả xuống Hiroshima ngày 06/08/1945 - vụ nổ hạt nhân thứ hai trên thế giới

- Fat Man: Kích nổ sập - lõi Pu-239: Thả xuống Nagasaki ngày 09/08/1945 - vụ nổ hạt nhân thứ ba trên thế giới

Hai loại kích nổ của bom nguyên tử - nguồn: internet

Trong bộ phim chúng ta sẽ chứng kiến quá trình chuẩn bị quả bom "The Gadget" với lõi kín, kích nổ sập, hình cầu; khi mà các nhà khoa học cẩn thận ghép từng mảnh nhỏ lại trước khi đặt lõi Pu-239 vào; đồng thời ta có thể cũng được thấy một phần quá trình thử nghiệm quả Thin Man - sau này thất bại.

Trên đây là những lý thuyết căn bản về bom nguyên tử và mối liên hệ của chúng với các phân cảnh trong phim. Hãy tạm bỏ qua những xung đột hay yếu tố lịch sử để tâm trí thưởng thức nghệ thuật mộc mạc nhất với "Oppenheimer" các bạn nhé.

Khuyến cáo: Bộ phim phù hợp nhất xem với định dạng IMAX, các bạn đừng chọn phòng chiếu nào bé nhé; hãy chọn phòng lớn nhất có thể để có trải nghiệm tuyệt vời nhất nhé.