Nguyên tố phóng xạ đầu tiên là gì

Phóng toHenry Becquerel [1852-1908], người phát hiện ra hiện tượng phóng xạ Bước vào đợt trao giải thưởng Nobel năm 2005, xin trân trọng giới thiệu một gia đình nổi bật nhất trong lịch sử của giải thưởng danh giá này qua bài viết của tác giả Trần Thanh Minh.

Chưa có một gia đình nào như gia đình Curie giữ nhiều kỷ lục về giải Nobel. Danh giá đến vậy: Năm cá nhân. Hai đôi vợ chồng. Một phụ nữ với cú đúp [hai lần nhận giải Nobel]

Sự kiện này, theo tôn chỉ của giải Nobel, phản ảnh rõ rệt sự tỏa sáng của nhiều ý tưởng siêu việt nhất, sự cống hiến lớn lao nhất của một gia đình cho sự phát triển của nền văn minh nhân loại, cho hạnh phúc con người. Pierre Curie và Marie Curie, Irène Curie và Frederic Joliot Curie, những tên tuổi ấy đã rực sáng trong những thập kỷ đầu của thế kỷ 20, giai đoạn được xem như buổi bình minh của thời đại hạt nhân nguyên tử ngày nay. Họ đã tạo ra những viên gạch đầu tiên đặt nền móng cho sự ra đời những ngành khoa học mới hết sức quan trọng, vừa mang tính khoa học sâu sắc, vừa có tính ứng dụng rộng rãi trong nhiều mặt của đời sống.

Nhà khoa học nữ vĩ đại nhất thế kỷ XX

Phóng toMarie Curie và chồng là Pierre Curie Câu chuyện bắt đầu với phát minh về tia phóng xạ. Có lẽ ai cũng biết, trong thế giới tự nhiên có những dạng vật chất mắt thường không nhìn thấy. Tia X hay thường gọi là tia Rơnghen là một ví dụ. Tia X, về bản chất gần như ánh sáng: có thể làm đen tấm phim ảnh. Khác với ánh sáng: tia X không nhìn thấy bằng mắt thường, lại có khả năng xuyên qua lớp vải, gỗ, hay da thịt con người.

Nhưng Tia X là nhân tạo, được tạo ra trong một ống phóng điện chân không, khi cho một chùm hạt electron tăng tốc trong một điện áp, rồi đập vào điện cực dương. Vậy trong tự nhiên có tồn tại một loại tia tương tự tia X không?

Người đi tìm câu trả lời đầu tiên là vị giáo sư vật lý danh tiếng của Đại học Bách khoa Paris, Henry Becquerel. Và ông đã phát hiện rằng, một mẫu quặng Uran [còn gọi là Urani] luôn phát ra một loại tia cũng không nhìn thấy bằng mắt thường và cũng làm đen tấm phim, tức là có tính chất như tia X. Đây quả là loại tia tự nhiên đang săn tìm. Thoạt đầu Becquerel gọi nó là tia Urani.

Phát hiện này lập tức cuốn hút bà Curie vào cuộc. Bên cạnh sự hỗ trợ và cộng tác của chồng, bà giành toàn bộ trí tuệ, sức lực để nghiên cứu sâu sắc, toàn diện và khám phá nhiều bí ẩn xung quanh tia mới kỳ lạ này. Sự nghiệp khoa học đó gần như vận vào cả cuộc đời, số phận của bà Marie Curie. Bà sống cho nó và cũng chết vì nó.

Khám phá đầu tiên của Marie Curie là tìm thấy một loại quặng khác, quặng Thôri, cũng phát ra loại "tia Urani". Độc quyền của Urani, do vậy, bị phá bỏ và tên gọi "tia Urani" mà Becquerel gán cho trở nên không thích hợp nữa. Ông bà Curie đã thay vào đó một tên mới: tia phóng xạ [hay gọi tắt là bức xạ]. Đồng thời, họ tổng quát hoá hiện tượng các nguyên tố có thể tự động phát ra tia phóng xạ bằng một khái niệm mới: hiện tượng phóng xạ hay sự phóng xạ, và gọi những nguyên tố có tính chất như Urani và Thôri là những nguyên tố phóng xạ. Các khái niệm này ra đời ghi những dấu son trên con đường phát triển về nhận thức của con người đối với cấu trúc thế giới vật chất, còn các danh từ mới ấy, cho đến nay, đã trở thành kinh điển và được giới khoa học giữ nguyên.

Không dừng ở đó, ông bà Curie mở rộng khảo sát các tác động sinh hoá của tia bức xạ lên cơ thể sống, hay lên môi trường vật chất nói chung. Những kết quả thu được mở đường cho những nghiên cứu ứng dụng tia bức xạ trong nhiều lĩnh vực của đời sống sau này.

Hiển nhiên, những kết quả nghiên cứu đặc sắc và phong phú của ông bà Curie đã xác nhận và nâng kết quả khảo sát ban đầu của Becquerel lên một tầm cao mới, và qua đó, đưa cả ba người cùng đến với vòng nguyệ quế: Giải thưởng Nobel Vật lý năm 1903. Riêng phần ông bà Curie, ngoài tấm huy chương vàng, một nửa số tiền thưởng là tấm bằng với dòng chữ: "ghi nhận công lao phi thường mà họ [Piere và Marie] cống hiến bằng những thành quả nghiên cứu về khái niệm bức xạ đề xuất bởi giáo sư Henry Becquerel".

Dĩ nhiên, Giải Nobel làm rạng rỡ thêm cho các nhà phát minh, Becquerel và ông bà Curie vốn đã nổi tiếng. Nhưng, như nhiều tờ báo thời đó nhận xét, chính sự nổi tiếng của họ đã tôn vinh giá trị của bản thân giải thưởng Nobel trong buổi đầu của giải đó.

Với ông bà Marie Curie, năm 1903 là một năm đầy ắp hạnh phúc. Tháng 6: Marie bảo vệ xuất sắc luận văn về đề tài "Nghiên cứu các chất có tính phóng xạ" chỉ trong 6 phút và được hội đồng nhất trí cấp cho bà học vị Tiến sĩ Vật lý. Tháng 11: Viện Hoàng gia Luân đôn tặng ông bà huy chương khoa học cao nhất nước Anh - Huy chương Đêvi. Tháng 11: Giải thưởng Nobel. Đây là trường hợp đầu tiên, trong lịch sử của giải này, một đôi vợ chồng cùng nhận giải Nobel. Trong lịch sử của giải Nobel [kể giải Nobel Hòa bình] chỉ có 4 trường hợp như vậy.

Câu chuyện mò kim đáy biển

Giai đoạn tiếp theo của ông bà Curie còn gian truân gấp bội, đó là sự tách chiết từ quặng Urani xem nguyên tố cụ thể nào trong đó phát ra tia phóng xạ.

Tháng 7 năm 1898, ông bà Curie viết báo cáo: " Chúng tôi tin tưởng rằng trong những chất tinh chiết được từ quặng Urani có một nguyên tố kim loại chưa hề biết. Chúng tôi đề nghị gọi nó là Pôlôni [tên La tinh - Polonium, ký hiệu - Po] để ghi nhớ Tổ quốc của một trong hai chúng tôi". Tổ quốc đó là quê hương thân yêu Ba lan [Pologne] của Marie Sklodowska Curie. Và tên nguyên tố Polonium có cùng từ căn với tên nước Pologne. Ngoài ra, các đặc trưng cơ bản của nguyên tố Polôni, như khối lượng nguyên tử, tính chất vật lý, tính phóng xạ, vị trí trong bảng tuần hoàn nguyên tố, cũng lần lượt được ông bà xác định.

Tiếp theo, ngày 26-12 năm đó, ông bà lại tuyên bố trong quặng Urani còn chứa một nguyên tố phóng xạ thứ hai nữa chưa hề biết và đề nghị đặt tên là Rađi [tên La tinh - Radium; ký hiệu - Ra]. Khả năng phóng xạ của Rađi đã được xác định mạnh gấp Urani nguyên chất gần cả 1.000 lần. Ngoài ra, trong máy quang phổ đã tìm thấy một vạch phổ mới chứng tỏ sự xuất hiện một nguyên tố mới trong mẫu quặng. Với các nhà vật lý, bằng chứng về sự tồn tại của Rađi như thế đã đủ tin cậy. Nhưng các nhà hoá học đòi hỏi tường minh hơn: "phải đưa ra đây một mẫu, dù nhỏ, cho chúng tôi xem coi!".

Đây là một đòi hỏi vô cùng khó khăn, gần như chuyện "mò kim đáy biển". Vì hàm lượng Rađi trong quặng Urani quá ít, chỉ chiếm một phần vạn [0,001%]. Việc thu được một lượng đủ để có thể nhìn thấy, xác định được trong lượng nguyên tủ v.v...không dễ dàng chút nào. Trước hết cần có 1 tấn quặng. Lấy tiền đâu để mua 1 tấn quặng Urani? Cái khó ló cái khôn, ông bà Curie nghĩ đến xỉ quặng phế thải sau khi dùng trong công nghiệp tinh chế thuỷ tinh Bôhem. Rồi may mắn lại đến, với sự nhiệt tình vận động của đồng nghiệp, chính phủ Áo gửi tặng bà 1 tấn xỉ quặng Urani.

Từ đó, suốt 4 năm ròng rã, mỗi ngày xử lý từng 20 kilôgam quặng. Những bàn tay trần mãnh mai chỉ quen cầm bút đã dầm dề trong dung dịch quặng phóng xạ đến tươm máu. Và nguy hại hơn, thời đó chưa có điều kiện để phòng vệ sự nhiễm xạ, nên Marie đã tích chứa trong người những hiểm họa bệnh máu trắng lúc cuối đời. Mãi đến tháng thứ 45, ông bà mới tích cóp được trong ống thuỷ tinh nhỏ bé một phần mười gam [hay 0,1 gam] tinh chất Rađi. Ít ỏi thật, nhưng vô cùng quý giá, đủ để xác định được khối lượng nguyên tử [226,45], màu sắc [sáng bạc], nhiệt độ nóng chảy [700 độ C], độ phóng xạ [mạnh hơn Urani nguyên chất, không chỉ ngàn lần mà đến cả triệu lần].

Với các kết quả đó, hẳn chẳng còn lý do nào nữa để ngăn cản việc công nhận ông bà Curie là các nhà phát minh nguyên tố mới thứ hai, nguyên tố phóng xạ, nguyên tố Rađi.

Người đàn bà với "cú đúp" hai giải Nobel

Phóng toMarie Curie [1867-1934] Trải qua gian nan thử thách đầy khắc nghiệt, bằng tài năng xuất chúng và lao động quên mình, ông bà Curie đã góp vào kho tàng tri thức nhân loại cùng một lúc hai phát minh quan trọng. Một là, phát hiện được hai nguyên tố mới, điều này đồng nghĩa với hai ô còn trống trong bảng tuần hoàn các nguyên tố giờ đã được lấp đầy. Hai là, đưa ra bằng chứng rằng trong trái đất, bên cạnh những nguyên tố hóa học bền vững, còn có cả những nguyên tố [hay đồng vị] không bền, chỉ sống trong một thời gian hữu hạn, tức là chứng minh sự tồn tại của các hạt nhân phóng xạ tự nhiên.

Sự nghiệp khoa học và cuộc đời của đôi vợ chồng khoa học nổi tiếng nhất trong lịch sử đang độ thăng hoa, một tai nạn giao thông tức tưởi lấy đi mạng sống của Pierre Curie [1906]. Góa bụa ở tuổi 40, Marie Curie đã cố gượng dậy, một mình tiếp nối sự nghiệp hai người còn dang dở. Vừa thay chồng giữ chức Trưởng phòng thí nghiệm vật lý ở Đại học Sorbonne danh tiếng, bà lại được chọn vào ghế Giáo sư Vật lý Đại cương mà chồng để trống ở trường này. Rồi kiêm luôn chức Giám đốc phòng thí nghiệm mang tên Curie ở Viện Radium Paris.

Dù bận rộn như vậy, Marie Curie vẫn không tách rời phòng thí nghiệm. Sau phát minh nguyên tố Ra, bà tìm ra được một phương pháp khác thu được một lượng đáng kể Radium tinh khiết, tức là kim loại Radium. Khó ai ngờ phát minh này ảnh hưởng đến số phận hàng triệu con người trên thế giới một cách rộng lớn và nhanh chóng đến vậy. Trong một thời gian ngắn, nguyên tố Ra đã trở thành phương tiện hữu hiệu trong việc chữa các khối u và kéo dài đời sống người bệnh. Từ đó, một ngành y học mới, y học hạt nhân, ra đời.

Và việc gì phải đến ắt đến. Tám năm sau khi nhận giải Nobel Vật Lý [1903], một giải thứ hai đã được trân trọng trao tặng riêng cho Marie Curie [1911]. Lần này là giải Nobel Hoá Học. Một huy chương vàng, toàn bộ tiền thưởng và tấm bằng khen"ghi nhận công lao [bà] đóng góp cho sự phát triển Hoá Học, do phát minh các nguyên tố mới Radium và Polonium; do xác định các tính chất của Radium và tách thành công Radium ở dạng kim loại nguyên chất ...".

Như vậy, ngoài danh hiệu Người phụ nữ đầu tiên giành được giải Nobel, Marie Curie là 1 trong trong 4 người, trong lịch sử, được trao giải hai lần. Nhưng, đặc biệt, bà lập kỷ lục Người phụ nữ nhận "cú đúp" giải Nobel. Kỷ lục đó, đến nay, ngót 100 năm qua, vẫn chưa ai vượt qua, mặc dù đã có 33 người phụ nữ trong tổng số 763 người được trao giải.

Marie Curie trong phòng thí nghiệm

Tài năng và vinh quang đã ở tận đỉnh cao, song điều cao quý ở người phụ nữ này là không lùi bước trước khó khăn nghèo khổ, không chấp nhận một cuộc sống an nhàn giàu sang, vẫn miệt mài tìm lẽ sống đời mình trong lao động sáng tạo, tiếp tục dấn thân vào con đường phụng sự đồng loại, giúp đỡ đồng bào mình. Với sự tham gia tích cực của Marie Curie, từ một Viện Radium mẹ ở Paris, một loạt viện nghiên cứu và bệnh viện mang tên Radium khác lần lượt mọc lên ở nhiều nước, ở những miền đất nghèo xa xôi của thế giới. Viện Radium ở Hà Nội, nằm trên phố Quán sứ, tiền thân Bệnh viện K bây giờ, đã ra đời đúng vào thời đó, năm 1923. Chữ ký của chính Marie Curie vẫn lưu lại trong các chứng chỉ sử dụng kèm theo những chiếc kim phóng xạ Rađi từ Paris gửi sang để điều trị những bệnh nhân ung thư. Và năm 1923 có thể được xem như một mốc thời gian quan trọng đáng ghi nhớ trong lich sử ứng dụng thành tựu của năng lượng nguyên tử ở Việt Nam.

Riêng với tổ quốc Ba Lan mà bà phải ly hương từ trẻ và luôn khắc khoải nhớ thương, Marie Curie đã đưa ra lời hiệu triệu quyên góp xây một Viện Nghiên cứu Radium khang trang cho thủ đô Varsava. Sau đó, bà trở về quê hương cùng Tổng thống Ba lan đặt viên gạch khởi công xây dựng viện này [1925]. Chưa có nguồn phóng xạ? Bà lại kêu gọi sự quyên góp của đông đảo người hâm mộ Mỹ. Rồi lại thân chinh vượt trùng dương [1929] qua Mỹ nhận tận từ tay tổng thống Hoover tấm ngân phiếu 50 ngàn đôla đủ cho 1gam Rađi. Đây là lần thứ hai, vì trước đó [1921], bà cũng đã qua Mỹ, được Tổng thống Harding thay mặt cho phụ nữ Mỹ tặng 1 gam Rađi để bà nghiên cứu và mở rộng phạm vi chữa bệnh cứu người.

Nguyện vọng cao cả của nhà khoa học luôn đau đáu với nỗi đau của đồng loại, của nhà ái quốc suốt đời mang trong con tim nỗi u hoài với quê hương, đã được toại nguyện.

Tài năng xuất chúng và nhân cách sáng ngời như thế, bà xứng đáng được tôn vinh: nhà khoa học nữ vĩ đại nhất thế kỷ 20.

Video liên quan