Lưu ý: Các kiến thức trong chương này phần lớn được trích dẫn từ tài liệu công khai trên trang web chính thức của Viện Nghiên cứu Vật lý thuộc Viện Khoa học Công trình Trung Quốc.

...

Richard đọc, mắt lướt nhanh trên từng dòng chữ.

"Phương pháp tách chiết Urani 235 đầu tiên là phương pháp tách chiết điện từ, sử dụng nguyên lý của máy quang phổ khối để tách các đồng vị.

Trong đó, máy quang phổ khối là một thiết bị phòng thí nghiệm dùng để phân tích các hạt mang điện. Nó có thể khiến những hạt mang điện tích như nhau nhưng có khối lượng khác nhau, khi đi vào từ trường sẽ bị lệch theo bán kính khác nhau, nhờ đó mà tách chúng ra.

Giải thích chi tiết hơn, khi một hạt mang điện tích chuyển động với vận tốc v vào từ trường (giả sử hướng lên trên), nó sẽ chịu tác dụng của lực Lorentz. Lực này khiến cho từ trường ở phía bên trái hạt được tăng cường, còn phía bên phải bị yếu đi, tạo thành một gradient từ trường. Gradient này sinh ra một áp lực từ trường đẩy từ trái sang phải.

Lực này vuông góc với hướng chuyển động của hạt, mặc dù không làm thay đổi độ lớn của vận tốc hạt mang điện, nhưng nó có thể thay đổi hướng chuyển động của hạt, tạo thành một lực hướng tâm.

Vì từ trường là đều, lực từ tác dụng lên hạt mang điện là như nhau tại mọi điểm, nên hạt mang điện sẽ chuyển động tròn đều trong từ trường.

Theo công thức của điện từ học, ta có: lực từ trường F = qBv, và gia tốc hướng tâm a = v²/R.

Từ đó suy ra: qBv = Mv²/R → qBR = Mv.

Trong công thức, q là điện tích của hạt, v là vận tốc chuyển động của hạt, M là khối lượng của hạt, B là cường độ cảm ứng từ, R là bán kính quỹ đạo tròn của hạt.

Vì điện tích hạt q và cường độ cảm ứng từ B đều là các đại lượng xác định, nên động lượng của hạt chuyển động tỷ lệ thuận với bán kính quỹ đạo bị lệch.

Các ion có cùng điện tích q nhưng khối lượng khác nhau, khi được gia tốc bởi cùng một hiệu điện thế U, sẽ có động năng khi vào từ trường là: qU = (1/2)Mv².

Ta đã biết động lượng của hạt Mv = qBR, kết hợp hai phương trình và loại bỏ v, ta được M = qB²R² / 2U.

Đối với hạt có khối lượng tương đối (+ΔM), thì (+ΔM) = qB²(R+ΔR)² / 2U.

Từ đó suy ra ΔM/M = 2ΔR/R, nghĩa là sai số tương đối của khối lượng gấp đôi sai số tương đối của bán kính.

B��i vì các hạt đi vào có khối lượng khác nhau, chúng sẽ có động năng như nhau sau khi được gia tốc bởi cùng một hiệu điện thế, nhưng động lượng lại khác nhau. Khi vào từ trường, hạt có động lượng lớn sẽ có bán kính quỹ đạo lớn, và ngược lại, hạt có động lượng nhỏ sẽ có bán kính quỹ đạo nhỏ.

Nếu các ion có cùng động lượng đi vào từ trường với một góc lệch nhỏ, chúng sẽ cùng hội tụ tại một vùng nhất định. Mối quan hệ giữa vùng hội tụ và góc khúc xạ được tính toán như sau: ΔR/R ≈ 0.5q².

Khi q nhỏ hơn 50, sai số tương đối của R là 4/1000, dẫn đến sai số tương đối của khối lượng là 8/1000. Trong khi đó, chênh lệch khối lượng tương đối giữa Urani 235 và Urani 238 là 13/1000, từ đó giúp phương pháp tách chiết quang phổ khối có thể áp dụng vào thực tế..."

Richard đọc xong, khẽ nhíu mày.

Đây hiển nhiên là một phương pháp khá dễ hiểu, nguyên lý chính là: Các hạt có cùng điện tích nhưng khối lượng khác nhau, sau khi được gia tốc bởi cùng một hiệu điện thế sẽ có động lượng khác nhau, dẫn đến việc chúng bị lệch theo bán kính khác nhau khi đi vào từ trường.

Lấy một ví dụ, điều này giống như một đoàn tàu đang chạy trên đường ray, tại một khúc cua, nếu tàu chạy với tốc độ phù hợp thì có thể vượt qua bình thường. Tuy nhiên, nếu tàu chạy quá nhanh, do lực tác dụng không cân bằng, nó sẽ lao thẳng ra khỏi đường ray và bị trật bánh.

Áp dụng phương pháp này, Urani 235 chính là đoàn tàu chạy với tốc độ phù hợp, còn Urani 238 thì là đoàn tàu chạy quá nhanh, từ đó giúp tách chúng ra và thu được Urani 235 có độ tinh khiết cao.

Phương pháp này có hàm lượng kỹ thuật tương đối thấp, bởi vậy, trên Trái Đất, vào năm 1938, các nhà hóa học người Đức là Hahn và Strassmann đã phát hiện ra phản ứng phân hạch hạt nhân, sau đó Lise Meitner và Otto Robert Frisch đã đưa ra lý thuyết giải thích. Chỉ hai năm sau đó, tức vào tháng 4 năm 1940, Neil thuộc Đại học Minnesota đã sử dụng máy quang phổ khối để chế tạo ra một lượng nhỏ Urani 235 cô đặc.

Sau đó, vào năm 1942, khi dự án Manhattan – kế hoạch chế tạo vũ khí hạt nhân đầu tiên trên Trái Đất – bắt đầu, Lawrence cùng c��c cộng sự đã sử dụng các thiết bị tách đồng vị điện từ để tách chiết Urani 235.

Đây là một phương pháp đã được chứng minh và hoàn toàn khả thi.

Tuy nhiên, nó cũng có một vấn đề nhỏ.

Đó chính là đòi hỏi đầu tư quá lớn.

Trong dự án Manhattan trên Trái Đất, để tách chiết Urani 235 bằng phương pháp này, người ta đã xây dựng một cơ sở điện từ khổng lồ tại Oak Ridge. Đã huy động gần 25.000 nhân lực, hơn 1.100 máy tách, và riêng lượng bạc dùng để quấn cuộn dây đã lên tới 15.000 tấn.

15.000 tấn!

Thế nhưng, kết quả đạt được là mỗi ngày chỉ sản xuất được vài gram Urani 235, phải mất nhiều năm, tổng lượng Urani 235 thu được mới đủ để chế tạo một quả bom nguyên tử.

Richard khẽ hé miệng.

Hiện tại hắn không có mấy vạn cấp dưới, cũng không có 15.000 tấn bạc. Nếu muốn dùng phương pháp này để sản xuất, hắn trước tiên phải giải quyết các điều kiện tiên quyết.

Nếu đây là phương pháp duy nhất, có lẽ hắn đã phải cân nhắc sớm việc xây dựng thế lực riêng, nhưng may mắn thay, đây không phải phương pháp duy nhất, hắn còn có những lựa chọn khác.

Richard tiếp tục đọc.

"Phương pháp tách chiết Urani 235 thứ hai là phương pháp khuếch tán khí.

Đúng như tên gọi, phương pháp này ứng dụng nguyên lý khuếch tán khí phổ biến.

Lấy một ví dụ, khi xịt một giọt nước hoa vào một góc phòng ngủ, các phân tử nước hoa sẽ nhanh chóng khuếch tán, chỉ chốc lát sau cả phòng sẽ ngập tràn mùi hương.

Nếu thay nước hoa bằng một giọt dấm, trong cùng điều kiện, nhỏ vào cùng một góc phòng ngủ, thời gian để cả phòng ngập mùi dấm sẽ lâu hơn.

Đây là bởi vì, phân tử dấm nặng hơn phân tử nước hoa, nên tốc độ khuếch tán chậm hơn.

Tương tự, trong một quả bóng bay chứa đầy khí hydro (khối lượng phân tử tương đối là 2) và khí nitơ (khối lượng phân tử tương đối là 28, gấp 14 lần hydro). Khi bóng bay xì hơi, khí hydro sẽ thoát ra nhanh hơn khí nitơ, bởi vì phân tử hydro nhỏ và nhẹ hơn.

Áp dụng phương pháp khuếch tán khí vào nguyên tố Urani, ta có thể dựa trên nguyên lý tương tự để tách hai đồng vị Urani 235 và Urani 238.

Cụ thể hơn, ta có thể tiến hành như sau: Đặt Urani hexafluoride (UF6) trong môi trường có nhiệt độ trên 64.8°C (338.0K), Urani hexafluoride sẽ thăng hoa thành khí. Sau đó, đẩy dòng khí Urani hexafluoride này qua một màng mỏng có nhiều lỗ nhỏ. Theo nguyên lý khuếch tán khí, các phân tử khí Urani hexafluoride chứa Urani 235 sẽ đi qua màng mỏng nhanh hơn so với các phân tử khí Urani hexafluoride chứa Urani 238, bởi vì tốc độ khuếch tán tỷ lệ nghịch với căn bậc hai của khối lượng phân tử.

Để đạt được điều kiện khuếch tán kh�� tối ưu, kích thước lỗ màng cần được thiết lập sao cho bằng khoảng cách trung bình mà một phân tử khí di chuyển giữa hai lần va chạm liên tiếp với các phân tử khác. Điều này giúp các phân tử nhẹ hơn, có tốc độ nhanh hơn, dễ dàng đi qua lỗ màng.

Dựa trên các dữ liệu thu thập được, có thể xác định rằng: trong điều kiện nạp liệu khí liên tục, khi kích thước lỗ màng được kiểm soát dưới 0.02 micron và Urani hexafluoride được duy trì ở 85°C, lượng Urani 235 trong dòng khí đã khuếch tán qua màng (dòng sản phẩm) sẽ cao hơn khoảng 0.2% so với lượng Urani 235 trong dòng khí ban đầu (dòng nguyên liệu)..."

Đọc xong phương pháp thứ hai, Richard suy nghĩ.

Nguyên lý của phương pháp thứ hai này cũng rất đơn giản, dễ hiểu, chẳng qua là sự khuếch tán khí dựa trên sự khác biệt về tốc độ di chuyển của các phân tử. Chỉ cần nắm bắt được điểm này, có thể làm tăng hàm lượng Urani 235 liên tục.

Vấn đề duy nhất là, theo số liệu đã hiển thị, mỗi lần đi qua màng nhiều lỗ, nồng độ Urani 235 chỉ tăng lên khoảng 0.2%.

Để hàm lượng Urani 235 tăng lên đến một mức độ nhất định, đủ để chế tạo vũ khí hạt nhân, cần phải nối tiếp nhiều tầng tách chiết lại với nhau.

Hơn nữa, chỉ một hoặc hai tầng nối tiếp thì không có mấy hiệu quả, mà cần đến hàng ngàn tầng nối tiếp mới thành công.

Trên thực tế, trong dự án Manhattan trên Trái Đất, người ta đã từng áp dụng phương pháp này. Để làm điều đó, một nhà máy khổng lồ đã được xây dựng riêng tại Oak Ridge, lắp đặt các thiết bị tách với hàng ngàn tầng.

Theo đó, quy mô của nó hiển nhiên rất lớn, tương đương với phương pháp thứ nhất. Mặt khác, để đảm bảo dòng khí khuếch tán liên tục theo cùng một hướng, cần một nguồn động lực mạnh mẽ.

Vì thế, toàn bộ điện lực của quốc gia đều phải dồn về nhà máy khuếch tán khí.

Có thể nói như vậy, dù là phương pháp đầu tiên hay thứ hai, nếu muốn đưa vào vận hành thực tế, đều cần sự hỗ trợ của phần lớn quốc lực từ một quốc gia hiện đại và hùng mạnh.

Chính vì lẽ đó, một quốc gia có khả năng tự nghiên cứu, chế tạo và sản xuất vũ khí hạt nhân, mới được coi là biểu tượng cho sức mạnh tối thượng, tượng trưng cho thực lực tuyệt đối trên Trái Đất. Cũng chính vì vậy, những quốc gia như vậy mới có thể được kính nể, không thể bị xem nhẹ.

Mà những điều này đối với Richard hiện tại mà nói, hơi khó thực hiện vào lúc này.

Richard mím môi, tiếp tục đọc xuống.

"Phương pháp tách chiết Urani 235 thứ ba là phương pháp ly tâm..."

"Phương pháp tách chiết Urani 235 thứ tư là phương pháp vòi phun..."

"Phương pháp tách chiết Urani 235 thứ năm là..."

"Urani 235..."

Nhanh chóng lướt qua phần lớn nội dung, Richard lắc đầu.

Quả thật có không ít phương pháp để tách chiết Urani 235, hầu hết đều dựa vào sự khác biệt nhỏ về khối lượng giữa Urani 235 và Urani 238. So với phương pháp thứ nhất và thứ hai, các phương pháp này cũng tương tự, đòi hỏi rất cao về nhân lực và vật lực.

Muốn dùng các phương pháp này, hắn cần phải xây dựng một thế lực cá nhân khổng lồ.

Nhưng trong lòng hắn, hiện tại vẫn chưa phải lúc để xây dựng thế lực riêng.

Khẽ nhíu mày, Richard kiên nhẫn đọc tiếp, cuối cùng dừng lại ở một trang sách.

"Phương pháp tách chiết Urani 235 thứ chín là phương pháp tách chiết bằng laser.

Đây là một phương pháp tương đối tiên tiến, bắt nguồn từ nguyên lý rằng các đồng vị, do khối lượng khác nhau, nên có mức năng lượng khả dĩ khác nhau, dẫn đến sự khác biệt nhất định trong phổ hấp thụ khi được kích thích lên mức năng lượng cao hơn.

Theo đó, bằng cách chọn các bước sóng laser khác nhau, chỉ kích thích một loại đồng vị nhất định, ta có thể lợi dụng sự khác biệt về tính chất vật lý và hóa học giữa đồng vị bị kích thích và đồng vị không bị kích thích để áp dụng phương pháp phù hợp và tách chúng ra.

Qua thí nghiệm, đã xác định rằng các nguyên tử Urani 235 và Urani 238 cùng các phân tử hóa chất của chúng đều phù hợp với phương pháp này. Trong thí nghiệm, một máy phát laser được dùng để kích thích các phân tử khí Urani hexafluoride chứa Urani 235, mà không ảnh hưởng đến các phân tử Urani hexafluoride chứa Urani 238, làm cho các phân tử Urani 235 bị biến đổi. Sau đó, một máy phát laser thứ hai được sử dụng để phân giải các phân tử đã được kích thích tạo ra Urani pentafluoride, rồi thu về dưới dạng bột màu trắng...

Trên thực tế, áp dụng công nghệ tách đồng vị laser hơi nguyên tử, cũng có thể trực tiếp xử lý kim loại Urani. Cụ thể là, sử dụng chùm tia electron tập trung trong môi trường chân không để làm nóng cục bộ thỏi kim loại Urani lên đến 3000°C, khiến kim loại Urani hóa hơi thành trạng thái nguyên tử Urani 238 và Urani 235.

Sau đó, một máy phát laser sẽ được sử dụng để ion hóa các nguyên tử Urani 235 trong hơi Urani bằng laser, trong khi các nguyên tử Urani 238 không bị ảnh hưởng. Sau khi ion hóa, Urani 235 sẽ được thu thập bằng phương pháp điện từ, giúp tăng đáng kể độ tinh khiết..."

Đọc xong phương pháp này, mắt Richard hơi sáng lên.

Hắn có thể nhận thấy, phương pháp tách chiết bằng laser so với các phương pháp trước đó, có những ưu điểm vượt trội.

Thứ nhất, hệ số tách lớn và phương pháp đơn giản.

Thứ hai, tiêu thụ điện năng thấp. Theo một số tính toán dựa trên phương pháp này, lượng điện cần thiết cho phương pháp tách chiết bằng laser có thể chỉ bằng chưa đầy một phần mười so với phương pháp khuếch tán khí.

Cần biết, trước đây trong dự án Manhattan trên Trái Đất, để áp dụng phương pháp khuếch tán khí, người ta đã tiêu tốn gần 1.700 tỷ watt năng lượng điện, độ khó quá lớn. Giảm đi một phần mười thì còn có thể miễn cưỡng cân nhắc.

Thứ ba, thể tích thiết bị tương đối nhỏ, không cần đầu tư quá nhiều nhân lực và vật lực. Trước đây, trong dự án Manhattan, khi áp dụng phương pháp khuếch tán khí, có hàng ngàn tầng tách chiết, và nhà máy chiếm diện tích 240.000 mét vuông. Còn với phương pháp tách chiết bằng laser, chỉ cần một tầng đơn giản là đủ, diện tích cần cho thiết bị cũng giảm đi đáng kể.

Tóm lại, phương pháp tách chiết bằng laser là lựa chọn tốt nhất hiện tại.

Tuy nhiên, Richard chưa vội đưa ra kết luận. Anh lại đọc tiếp, đọc cho đến khi hoàn thành cả quyển sách, rồi mới gật đầu tự nhủ: "Vậy là phương pháp tách chiết bằng laser vẫn tương đối dễ áp dụng hơn cả. Được thôi... cứ thử xem sao."

Nói xong, Richard cầm quyển sách đứng d���y, bước ra khỏi phòng.

Tượng rùa đá mà Richard vừa ngồi, lúc này sống lại. Nó bò theo Richard, xuyên qua mấy cánh cửa gỗ sồi, quay trở về vị trí cũ, từ từ đứng thẳng.

Richard cầm quyển sách đang định bước ra khỏi cổng thư viện, anh nghiêng đầu nhìn về phía tượng rùa đá, thấy nó cũng đang nhìn mình.

Richard chớp mắt một cái, nói: "Tô Mã, vấn đề của ta đã được giải quyết, bây giờ ta phải rời khỏi đây."

"Thật mừng khi nghe ngài nói vậy, người sáng tạo của ta." Tượng rùa đá lên tiếng, đầu khẽ động, "Và mong được gặp lại ngài lần tới."

"Sẽ thôi." Richard mỉm cười, cầm quyển sách bước ra khỏi thư viện.

Bên trong thư viện, tượng rùa đá đầu khẽ động rồi dừng lại, cả thân thể cứng đờ, trở lại trạng thái bất động như ban đầu, hóa thành một pho tượng đá thực sự.

Bên ngoài thư viện, Richard đi trên con đường nhỏ lát đá xanh, thưởng thức phong cảnh. Đi được một lúc, anh nhẹ nhàng chạm chân xuống đất, cả người lập tức bay vút lên cao, thẳng tiến lên bầu trời.

Rất nhanh, Richard xuyên qua tầng khí quyển, rời khỏi hành tinh, đi vào không gian vũ trụ rộng lớn.

Nhìn khắp bốn phía, Richard như một người đang duyệt binh, quan sát kỹ lưỡng từng ngôi Tinh Thần, rồi tiến hành một vài điều chỉnh.

Thấy Tinh Thần quá dày đặc ở nhiều nơi, anh phất tay điều khiển chúng phân tán ra. Thấy những nơi khác Tinh Thần quá thưa thớt, anh lại phất tay để các Tinh Thần khác di chuyển đến.

Sau đó, Richard nhìn thấy gần đó có một ngôi Tinh Thần mờ mịt không ánh sáng, toàn thân hiện lên màu đỏ thẫm, thể tích đang không ngừng mở rộng, chuẩn bị nuốt chửng vài hành tinh xung quanh nó. Đây là dấu hiệu cho thấy ngôi sao này sắp cạn kiệt tuổi thọ, đã thoát ly khỏi hàng ngũ sao chủ và đang chuyển thành siêu sao đỏ.

Khi ánh mắt lướt qua, Richard nhanh chóng hiểu rõ về hệ tinh tú của ngôi sao này. Những gì nó lưu giữ đều là các thông tin có giá trị trong một khoảng thời gian hạn định. Đối với anh, chúng đã hoàn toàn vô nghĩa, cần được loại bỏ để nhường chỗ cho những tri thức khác trong không gian trống trải.

Không chút do dự, Richard vung tay lên liền vò nát toàn bộ tinh hệ thành một khối, tiếp đó ném về phía lỗ đen xa xôi – nơi đó tương tự như bãi phế liệu trong cung điện ký ức của anh.

Chứng kiến tinh hệ bị lỗ đen nuốt chửng, bùng phát ra bức xạ mãnh liệt, Richard quay lại bắt đầu điều chỉnh các khu vực còn lại.

Cuối cùng, xác định toàn bộ vũ trụ ký ức không còn vấn đề lớn, có thể duy trì hoạt động ổn định trong thời gian dài, Richard hài lòng gật đầu, cầm quyển sách trên tay rời khỏi nơi này.

"Sụp đổ!"

Richard lên tiếng, toàn bộ vũ trụ bỗng nhiên co rút lại về phía anh, ép lại thành một điểm kỳ dị, rồi ầm vang nổ tung, phóng thích ra ánh sáng chói lòa vô cùng.

Ánh sáng đó, chính là ánh sáng trong thế giới hiện thực.

Trong thế giới hiện thực, trên chiếc giường nhỏ trong phòng thí nghiệm chính của Vườn Địa Đàng, Richard chậm rãi mở mắt ra.

Lúc này, trong tay anh không có bất cứ thứ gì, cũng không mang theo cuốn sách nào ra ngoài, nhưng các kiến thức liên quan đã được chuyển vào tầng ký ức nông của đại não anh.

"Phương pháp tách chiết bằng laser à, bắt đầu thôi."

Richard nói, mắt anh chớp chớp, rồi đứng dậy đi ra ngoài.

Truyện được dịch và đăng tải độc quyền tại truyen.free, mong bạn đọc sẽ có những phút giây thư giãn tuyệt vời.