Igor Kurchatov – Người phá thế độc quyền hạt nhân

Các dự án nghiên cứu và phát triển công nghệ hạt nhân của các quốc gia thường đòi hỏi vai trò không thể thiếu của những tổng công trình sư tài năng, người được cộng đồng khoa học tin tưởng lựa chọn và được Nhà nước ủy thác toàn quyền. Nếu như nước Mỹ có J. Robert Oppenheimer thì đầu những năm 1940 Liên Xô có GS. Igor Kurchatov.

Bộ ba nhà khoa học Nga: Sergey Korolyov, kỹ sư và nhà thiết kế tên lửa; Igor Kurchatov và Mstislav Vsevolodovich Keldysh, nhà toán học, cơ học.

Mùa thu năm 1942, tình hình chiến sự trên các mặt trận  Liên Xô – Đức vẫn hết sức căng thẳng. Trong tình thế “nước sôi lửa bỏng”, theo lời đề nghị của các nhà khoa học Xô-viết, Chủ tịch Hội đồng nhà nước về quốc phòng của Liên Xô là J. Stalin đã ký sắc lệnh “Về việc tổ chức các công việc liên quan đến Uran” vào ngày 28/9/1942. Sắc lệnh nêu rõ: “Viện Hàn lâm khoa học Liên Xô phải khôi phục các công việc nghiên cứu đối với việc sử dụng năng lượng nguyên tử bằng phân rã hạt nhân uran và trình Hội đồng Quốc phòng báo cáo về khả năng chế tạo bom Uran hoặc nhiên liệu Uran vào ngày 1/4/1943.

Vì mục đích này cho phép Đoàn chủ tịch Viện Hàn lâm khoa học Liên Xô thành lập phòng thí nghiệm chuyên biệt về hạt nhân nguyên tử trực thuộc Viện…”

Ngày 11/2/1943, Hội đồng Quốc phòng ban hành nghị quyết số 2872 về tổ chức công việc nhằm sử dụng năng lượng nguyên tử vào mục đích quân sự, trong đó giao việc lãnh đạo toàn bộ công việc về uran cho GS. Igor Kurchatov. Nghị quyết này cũng cho phép Chủ tịch đoàn Viện Hàn lâm Khoa học Liên Xô chuyển nhóm cán bộ của Phòng thí nghiệm chuyên đề về hạt nhân nguyên tử từ thành phố Kazan về Moscow để thực hiện phần công việc quan trọng nhất mà nhiệm vụ đặt ra. Ngày 12/4/1943, Phó chủ tịch Viện Hàn lâm khoa học Liên xô, viện sỹ A.A.Baikov ký quyết định thành lập Phòng thí nghiệm số 2 dưới sự lãnh đạo của Igor Kurchatov, nhà khoa học vật lý hạt nhân thực nghiệm mới qua tuổi 40, nhằm thực hiện nghị quyết trên của Hội đồng Quốc phòng.

Nhà nghiên cứu tài năng

Sinh ra tại miền quê vùng Simsky Zavod phía Nam Ural, năm 20 tuổi, Kurchatov tốt nghiệp trường ĐH Tổng hợp Tavrichesky ngành Toán Lý, công trình khoa học đầu tiên của ông là “Về vấn đề phóng xạ của tuyết”, trong đó đưa ra số liệu đo đạc thực nghiệm để tìm mức phóng xạ trung bình của tuyết là 5.51×10 mũ -11Curie/gram.

15 năm tiếp theo (1925-1940), Kurchatov hoạt động ở nhiều lĩnh vực khác nhau, từ nghiên cứu thủy triều, dao động của mặt biển, sóng biển ở biển Azov, Hắc Hải đến vật lý các chất điện môi, chất bán dẫn, vật lý và kỹ thuật các chất cảm biến đến vật lý hạt nhân, kỹ thuật gia tốc và máy gia tốc ở Viện Vật lý kỹ thuật Leningrad (LPTI). Ông là tác giả cuốn sách chuyên khảo “Độ bền điện của chất”, “Các chất điện môi tinh thể”, đồng tác giả phát minh chất ngưng tụ có dung lượng thay đổi (bằng sáng chế của Liên Xô cấp năm 1931), chế tạo thiết bị cao tần và ống gia tốc, nhờ đó đã nhận được chùm proton đạt năng lượng 350.000 electrovolt (1931-1933).

Kurchatov chính thức tiếp cận lĩnh vực năng lượng hạt nhân và triển khai nghiên cứu một cách có hệ thống từ tháng 12/1932, khi được cử làm Phó chủ nhiệm nhóm nghiên cứu chuyên biệt về hạt nhân nguyên tử ở LPTI, viện do thầy của ông, Viện sỹ A.F. Ioffe sáng lập từ năm 1918. Ngày 1/5/1933, Kurchatov là trưởng bộ phận Vật lý hạt nhân LPTI.

Với nhóm công trình về vật lý chất điện môi và các chất bán dẫn, Kurchatov được phong TS Toán lý năm 1934. Trong các năm 1933-1935, Kurchatov cùng đồng nghiệp có một loạt công trình nghiên cứu về các phản ứng hạt nhân với proton, phóng xạ nhân tạo sinh ra bởi neutron chậm, phát hiện hiện tượng đồng phân hạt nhân, sự hấp thụ và tán xạ neutron trong vật chất, các phản ứng hạt nhân với neutron. Ông xuất bản sách chuyên khảo “Sự phân rã hạt nhân nguyên tử”, giáo trình vật lý và giáo trình “Các hiện tượng điện tử” dành cho sinh viên trường ĐH Tổng hợp. Ông được phong Giáo sư vào tháng 6/1935.

Trong các năm 1935-1940, Kurchatov tiến hành ở diện rộng những nghiên cứu trong lĩnh vực vật lý neutron. Ông phụ trách bộ môn Vật lý thực nghiệm (1935-1941), Vật lý lý thuyết (1937 đến 1938),  trường ĐH Sư phạm Quốc gia mang tên M.H.Pokrovski ở Leningrad, trưởng bộ phận Vật lý và phòng thí nghiệm Cyclotron của Viện Radium quốc gia (1935-1940), phụ trách khởi động và đưa vào vận hành máy gia tốc Cyclotron ở Viện này vào năm 1936.

Từ cuối tháng 9/1936, cùng với A.I. Alikhanov, ông lãnh đạo Viện Thiết kế và Xây dựng máy gia tốc của LPTI và từ giữa tháng 11/1936, là trưởng Phòng nghiên cứu các phản ứng hạt nhân của LPTI. Ngày 11/6/1939, Kurchatov được cấp giấy chứng nhận bản quyền sáng chế về việc chế tạo thiết bị tạo ra nguồn khuyếch tán của neutron.

Kurchatov cùng hai học trò của mình là Flerov và Pertzak nghiên cứu sự phân chia các hạt nhân nặng và năm 1940 đã phát minh một dạng phóng xạ mới: sự phân hạch tự phát của uran, một trong những phát minh quan trọng đối với việc sử dụng năng lượng nguyên tử. Một khía cạnh đáng nhớ là khi đăng ký bản quyền phát minh, Kurchatov không ghi tên mình vào danh sách đồng tác giả, vì “điều quan trọng đối với ông là thành tích của các học trò” (G.N.Flerov) và “ông sợ rằng sau này, những người thực hiện tiếp sẽ bị quên đi và người đời chỉ còn nhớ tên ông ấy mà thôi” (K.A.Pertzak).

Sau thời gian nghiên cứu khả năng thực hiện phản ứng dây chuyền hạt nhân nguyên tử, ngày 29/8/1940, I.V. Kurchatov cùng các đồng sự gửi thư tới đoàn Chủ tịch Viện Hàn lâm khoa học Liên Xô đệ trình Chương trình kế hoạch ban đầu của các công việc cần triển khai nhằm sử dụng năng lượng trong các phản ứng dây chuyền của uran. Chương trình nghiên cứu này bao gồm:

1. Điều chế 1 kg kim loại uran tinh khiết ở một trong các Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm khoa học Liên Xô.

2. Xác định các điều kiện phân nhánh phản ứng dây chuyền trong khối lượng kim loại uran (G.N. Flerov ở LPTI thực hiện)

3. Tìm hiểu ảnh hưởng của neutron sinh ra từ sự phân hạch uran 238 lên tiến trình phản ứng dây chuyền trong hỗn hợp uran và nước cũng như tìm hiểu các điều kiện thực hiện phản ứng dây chuyền trong hỗn hợp uran-nước nặng (IU.B.Khariton và IU.B. Zendovich ở Viện Lý-Hóa Leningrad thực hiện).

4. Tìm hiểu đại lượng các tiết diện bắt neutron chậm bởi nước nặng, heli, carbon, oxy và các nguyên tố nhẹ khác (L.A.Rusinov ở LPTI; A.I.Laypunski ở Viện Vật lý kỹ thuật Ufa và I.I Gurevich ở Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm khoa học thực hiện).

5. Tìm hiểu khả năng sản xuất một khối lượng lớn nước nặng cũng như việc làm giãn đồng vị uran 235.

Với bề dày hoạt động quản lý, nghiên cứu khoa học và tư cách, đạo đức của một nhà khoa học-chiến sĩ, vào tháng 3/1943, GS.TS I. V. Kurchatov được nhà nước Xô-viết giao trách nhiệm chủ trì chương trình Uran nhằm thiết kế chế tạo vũ khí hạt nhân- bom uran. Chưa bao giờ Kurchatov hình dung là mình được giao trọng trách lớn như vậy. Trước đó trong thư gửi V.M.Molotov, Phó Chủ tịch Hội đồng Dân ủy Liên Xô vào ngày 27/11/1942, ông đã đề xuất “do sự cần thiết triển khai rộng công việc nghiên cứu về uran phải thu hút lực lượng khoa học và kỹ thuật chuyên nghiệp nhất của Liên Xô. Ngoài các nhà khoa học hiện đang nghiên cứu vấn đề uran, nên có sự tham gia của các GS. A.I.Alikhanov, A.P. Alexandrov, A.I. Sannicov và nhóm của các ông. Để lãnh đạo nhiệm vụ phức tạp này nên thiết lập một ủy ban đặc biệt trực thuộc Hội đồng Quốc phòng nhà nước mà đại diện khoa học trong Ủy ban này là các Viện sĩ A.F.Ioffe, P.L.Kapitsa và N.N.Semenov…”. Kurchatov tin rằng vị trí lãnh đạo chương trình uran phải là một trong các viện sĩ được ông nhắc đến.

Thực ra, trước khi có Nghị quyết số 2872 (ban hành ngày 11/2/1943), J.Stalin và Hội đồng Quốc phòng nhà nước đã triệu tập các viện sĩ trên về Moscow để thảo luận xác định nhiệm vụ triển khai các nghiên cứu về uran phục vụ cho mục đích quốc phòng. Khi đặt vấn đề ai sẽ là người đứng đầu việc lãnh đạo khoa học thì tất đều nhất trí giới thiệu Viện sĩ Ioffe, Viện trưởng Viện LPTI, nơi có những phòng thí nghiệm hạt nhân tốt nhất của Liên Xô. Tuy nhiên, Viện sĩ Ioffe đề cử GS Kurchatov, người học trò xuất sắc nhất của mình. Đề nghị này ngay lập tức đã được chấp thuận.

Có thể lưu ý thêm rằng khi nhận nhiệm vụ đặc biệt này. Kurchatov chưa phải là Đảng viên Đảng cộng sản Liên Xô. Ông chỉ được kết nạp vào Đảng năm năm sau đó (tháng 8/1948).

Làm nên những chuyện phi thường

GS Kurchatov đã tập hợp được những nhà khoa học, những chuyên gia ưu tú, một đội ngũ đông đảo kỹ sư, kỹ thuật viên, công nhân lành nghề để làm nên những chuyện phi thường trong việc chế tạo vũ khí hạt nhân. Họ đã cho nổ thành công quả bom nguyên tử đầu tiên của Liên Xô vào 6 giờ sáng ngày 29/8/1949 tại Semipalatinsky (Kazakhstan), và chỉ bốn năm sau, vào ngày 12/8/1953 cho nổ quả bom nhiệt hạch (còn gọi là bom khinh khí hoặc bom hydro) đầu tiên trên thế giới. Bằng cách đó, Liên Xô đã phá thế độc quyền hạt nhân của Mỹ.

Theo sáng kiến và dưới sự lãnh đạo khoa học của Kurchatov, Liên Xô đã xây dựng và đưa vào vận hành khai thác nhà máy điện nguyên tử đầu tiên trên thế giới vào ngày 26/6/1954 ở Obninsk. Ngày nay người ta coi đó là thời điểm ra đời của điện nguyên tử, khẳng định khả năng sử dụng năng lượng nguyên tử phục vụ mục đích hòa bình, góp phần đáp ứng nhu cầu năng lượng cho nhân loại.
Trên những diễn đàn chính thức của Xô Viết tối cao Liên Xô, Đại hội Đảng Cộng sản Liên Xô cũng như ở một số hội nghị quốc tế, Viện sĩ Kurchatov luôn nhấn mạnh sự cần thiết phải chấm dứt việc thử bom nguyên tử, bom khinh khí và giải trừ vũ khí hạt nhân. Hội đồng hòa bình thế giới đánh giá cao quan điểm này nên đã tặng ông Bằng danh dự và Huy chương bạc Hòa bình mang tên Joliot-Curie (tháng 4/1959).

Ba năm sau, vào ngày 5/12/1957, Liên Xô cho hạ thủy tàu phá băng chạy bằng năng lượng hạt nhân đầu tiên trên thế giới mang tên Lenin. Tàu sử dụng hai lò phản ứng hạt nhân được thiết kế chế tạo dưới sự lãnh đạo của I.V Kurchatov và A.P. Alexandrov.

Làm việc với tinh thần khẩn trương, không ngơi nghỉ, Viện sĩ Kurchatov đã chỉ đạo việc triển khai hàng loạt dự án lớn như xây dựng máy gia tốc proton 50 GeV (Gega electron volt) sau nâng lên 70 GeV ở Protvino, máy gia tốc thẳng electron 2 GeV ở Kharkov; máy gia tốc vòng electron ở Yerevan, máy gia tốc đồng bộ (Synchrotron) ở Gatsina; máy gia tốc chuyên dụng gia tốc các ion nặng cho tổng hợp các nguyên tốc nhân tạo tiêu uran; xây dựng các lò phản ứng nghiên cứu VVR-C. VVR-M và IRT ở các nước dân chủ Đông Âu; thử nghiệm các lò phản ứng kiểu mới cho các nhà máy điện nguyên tử như lò nước sôi VK-50, lò neutron nhanh BN-60, lò CM-2.

Ông đã dựng chương trình phát triển các nghiên cứu về nhiệt hạch ở Liên Xô. Theo đề xuất của ông, “Ogra” và “Tokamak”, các thiết bị phục vụ nghiên cứu tổng hợp nhiệt hạch giữ ion trong tình trạng từ trường với nhiệt độ cao, đã được thiết kế và lắp đặt tại Viện Năng lượng nguyên tử (IAE). Sự kiện này được nhà vật lý Anh, Sir John Cockcroft, đánh giá như một kỳ tích tại Diễn đàn Hội nghị quốc tế Geneva lần thứ II về ứng dụng năng lượng nguyên tử (1958).

Viện sĩ Kurchatov cũng là người phụ trách việc xây dựng lò phản ứng dùng chất làm chậm là grafit và hoạt động theo chế độ xung, gọi tắt là lò IGR, mà ông đặt tên cho nó là “Dout-3” (tiếng Nga có nghĩa là đến cú đấm-đột quỵ thứ ba”). Lò được khởi công xây dựng vào tháng 5/1958 và đưa vào vận hành năm 1960.

12h15 phút trưa ngày 7/2/1960, trong khi đang thảo luận công việc với Viện sĩ Kharitov, do bị nghẽn động mạch tim, Kurchatov đột ngột qua đời ở tuổi 57. Đây là tổn thất to lớn cho nền khoa học của Liên Xô và nhân loại.