Những fan hâm mộ nhiệt thành có thể chờ đợi hàng giờ đồng hồ trên thảm đỏ để xin chữ kí của ngôi sao điện ảnh yêu thích của họ, nhưng điều đó chẳng thấm vào đâu so với việc xin chữ kí của plutonium-239. Sau 50 năm nỗ lực, cuối cùng các nhà vật lí đã có thể phân tích đồng vị có thể phân tách này bằng kĩ thuật quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân (NMR). Thành tựu này có khả năng cho phép họ phát triển những phương pháp cải tiến để lưu giữ chất thải từ các nhà máy điện hạt nhân.
Quang phổ học NMR được sử dụng để xác định cấu trúc phân tử của nhiều chất liệu, nhất là những chất liệu trong đó hạt nhân có một spin lượng tử bằng ½, ví dụ như hydrogen thường và các đồng vị carbon. Plutonium-239 là hạt nhân mới nhất có một spin lượng tử như thế để phân tích – một phần vì plutonium có một số tính chất từ phức tạp làm nhiễu các phép đo. Một lí do nữa là có những lệnh cấm liên quan đến việc xử lí chất liệu hạt nhân nguy hiểm tiềm tàng này.
Để khắc phục các vấn đề từ tính, Georgios Koutroulakis thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos ở New Mexico và các đồng sự đã làm lạnh bột plutonium dioxide rất tinh khiết xuống khoảng 4độ trên không độ tuyệt đối. Nhiệt độ này mở rộng cánh cửa thời gian trong đó họ có thể tiến hành các phép đo và gần như loại trừ hết các hiệu ứng từ gây nhiễu.
Cấu trúc phân tử của plutonium dioxide-239. (Ảnh: Science Photo Library)
Koutroulakis cho biết việc chọn dạng plutonium này là yếu tố then chốt cho sự thành công của họ, vì những nhà nghiên cứu khác trong cùng lĩnh vực trước đây đã bỏ qua nó và không tiếp cận được những mẫu đủ chất lượng. Ông cũng cho rằng sự thành công của nhóm ông là vì họ nhẫn nại và có một chút may mắn. “Thật ra, chúng tôi phát hiện ra tín hiệu ấy khi chúng tôi đang sắp bỏ cuộc,” ông nói.
Xác định được dấu hiệu của đồng vị này, nay các nhà vật lí đã có thể nhận dạng plutonium ăn khớp như thế nào với cấu trúc của các hợp chất và phân tử, cho phép họ phân tích tốt hơn hóa tính của các nhiên liệu và chất thải hạt nhân.
“Người ta có thể lấy một mẫu nhỏ chất thải hạt nhân và – với một phương pháp an toàn, đơn giản và tương đối rẻ tiền – xác định rất chính xác cái gì ở trong đó để có hành động thích hợp cho việc lưu giữ và sử dụng nó sau đó,” Koutroulakis giải thích.
“Chúng ta có thể sử dụng kĩ thuật này để thẩm định các chất liệu hạt nhân có chứa plutonium,” phát biểu của Ian Farnan, một nhà nghiên cứu chất thải hạt nhân tại trường Đại học Cambridge và là người không có liên quan gì với nghiên cứu trên. Đội của ông có trong tay một máy NMR tiên tiến hơn và sẽ cố gắng lặp lại các kết quả ở nhiệt độ phòng, khiến chúng hữu ích hơn cho các ứng dụng thực tế.
Tham khảo: Science, DOI: 10.1126/science.1220801
Nguồn: New Scientist
Leave a Reply