Ngành hạt nhân tại Việt Nam được khởi đầu từ năm 1976 nhưng mãi cho đến cuối năm 1983 khi mà công trình khôi phục Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt hoàn thành thì nghiên cứu khoa học và ứng dụng của lĩnh vực này mới có những bước phát triển đáng kể. Hiện nay, kỹ thuật hạt nhân được áp dụng hiệu quả trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, phục vụ quá trình khám phá và tìm tòi để mang lại các giá trị to lớn đóng góp cho sự tiến bộ của con người. Vậy, ứng dụng của phản ứng hạt nhân trong nghiên cứu khoa học là gì? Hãy theo dõi bài viết dưới đây để có câu trả lời chính xác cho vấn đề này nhé!
Phản ứng hạt nhân là gì?
Phản ứng hạt nhân là một quá trình vật lý dẫn đến sự biến đổi hạt nhân, trong đó các hạt nhân nguyên tử (bao gồm proton và neutron) xảy ra quá trình tương tác mạnh với nhau hoặc với hạt nhân khác như nucleon, proton hay các hạt subatomic. Khi một hạt nhân tiếp cận với một hạt nhân khác và tích đủ năng lượng, quá trình tương tác này sẽ diễn ra dẫn đến sự thay đổi đáng kể về động lượng, momen động lượng, spin cũng như các thuộc tính khác của những hạt nhân tham gia. Ngày nay, phản ứng hạt nhân có thể bùng phát thông qua nhiều cơ chế khác nhau, chúng đóng vai trò quan trọng trong việc giúp con người hiểu biết sâu sắc hơn về cấu trúc vi mô của vật chất và sự tiến hóa của vũ trụ.
Một phản ứng hạt nhân cơ bản có thể được biểu diễn thông qua một phương trình, trong đó hai hạt ban đầu được ký hiệu là “a” và “A” thực hiện tương tác với nhau để tạo ra hai hạt nhân con ký hiệu là “B” và “b". Theo đó, công thức của phản ứng hạt nhân có thể được viết như sau:
a + A → B + b
Mặc dù trong thực tế, có thể xuất hiện nhiều hơn hai hạt nhân tham gia vào các phản ứng phức tạp nhưng mọi người chỉ đề cập đến sự tương tác của hai hạt nhân với nhau do xác suất xảy ra của các sự kiện phức tạp này thường rất thấp.
Ứng dụng của phản ứng hạt nhân trong các lĩnh vực nghiên cứu khoa học
Phản ứng hạt nhân đã mở ra những triển vọng mới trong nhiều lĩnh vực khác nhau và dưới đây là một số ví dụ phổ biến về khả năng ứng dụng của phản ứng hạt nhân trong nghiên cứu khoa học mà chắc hẳn bạn sẽ cảm thấy trầm trồ:
1. Ứng dụng trong y học
Từ những năm 1960, kỹ thuật xạ trị ung thư bằng bức xạ Cobalt-60 hoạt độ cao đã được sử dụng tại một số bệnh viện lớn ở Việt Nam, mở ra một triển vọng mới về ứng dụng của phản ứng hạt nhân trong y học. Đến năm 1971, Khoa y học hạt nhân đầu tiên đã được thành lập với một số thiết bị đo và chẩn đoán bệnh đơn giản. Kể từ tháng 3/1984, việc Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt được đưa vào hoạt động đã mở ra khả năng sản xuất các chất đồng vị và dược chất phóng xạ, dẫn đến sự tăng nhanh về số lượng các Khoa Y học hạt nhân trong cả nước.
Hiện nay, có hơn 30 khoa đã được thành lập với nhiều thiết bị công nghệ hiện đại như máy chụp cắt lát CT, máy hiện hình Gamma Camera. Trung bình hàng tháng, số lượng bệnh nhân được chẩn đoán và điều trị bệnh đã tăng đáng kể với khoảng 100 bệnh nhân cho các khoa có quy mô nhỏ và gần 1.000 bệnh nhân đối với các khoa có quy mô lớn.
Các loại đồng vị được sản xuất tại Lò phản ứng hạt nhân chủ yếu là:
- Tấm áp P-32 (xử lý các bệnh ngoài da).
- Dung dịch I-131 dạng uống hoặc tiêm (chẩn đoán và điều trị bệnh tuyến giáp).
- Tc-99m và các dược chất dưới dạng kit in-vivo đánh dấu với Tc-99m (hiện hình và tìm kiếm các khối u bất thường trong cơ thể, chẩn đoán bệnh lý của các cơ quan nội tạng người).
Ngoài ra, các kit in-vitro miễn dịch học phóng xạ T3, T4 cũng được sản xuất và sử dụng tại một số bệnh viện. Mỗi năm, Lò phản ứng hạt nhân Đà Lạt sản xuất khoảng 150Ci chất phóng xạ để đáp ứng nhu cầu của ngành y tế.
2. Ứng dụng trong công nghiệp
Ngày nay, nguồn phóng xạ và thiết bị hạt nhân được con người tận dụng để xây dựng hệ thống đo lường cũng như tự động hóa trong quá trình sản xuất của các nhà máy với nhiều ứng dụng đặc sắc như:
- Đo mức trong bể chứa phối liệu của nhà máy xi măng và giấy.
- Xác định mức trong lon bia và nước giải khát.
- Đo độ ẩm và mật độ của giấy trong quy trình sản xuất giấy.
- Đối với ngành công nghiệp dầu khí, hệ thống đo phóng xạ được tích hợp trong các giếng khoan, giúp xác định mặt cắt nước bơm ép trong giếng bơm ép và giải quyết vấn đề ngập lụt trong quá trình khai thác ở mỏ dầu Bạch Hổ.
Ưu điểm nổi bật của phương pháp hạt nhân này là khả năng thực hiện việc đo lường chuẩn xác trong môi trường có nhiệt độ, áp suất cao hoặc với các dung dịch hóa chất độc hại mà không gây ảnh hưởng đến hoạt động của các hệ thống công nghệ. Bên cạnh khả năng đo đạc thì kỹ thuật đánh dấu đồng vị cũng được sử dụng phổ biến, ví dụ như tối ưu hóa quy trình và thời gian pha trộn phế liệu trong quá trình sản xuất của các nhà máy.
Ngoài ra, kỹ thuật kiểm tra không phá hủy mẫu cũng mang lại những tiện ích đặc biệt, chẳng hạn như:
- Sử dụng phương pháp bức xạ truyền qua để kiểm tra chất lượng mối hàn đường ống kim loại.
- Đánh giá tình trạng bên trong của tháp công nghiệp với kích thước lớn đến 4m đường kính và 30m chiều cao.
- Kiểm tra chất lượng các cọc nhồi trong các công trình xây dựng.
- Phương pháp bức xạ tán xạ ngược được sử dụng để đánh giá chất lượng của các dự án xây dựng đường giao thông.
3. Ứng dụng trong nông nghiệp
Nghiên cứu ứng dụng bức xạ Gamma kết hợp với các tác nhân khác để cải tiến giống cây trồng là một lĩnh vực có ý nghĩa lớn và điều này đã được triển khai trong nhiều năm qua. Theo đó, các nhà nghiên cứu khoa học đã thực hiện chiếu xạ với liều kích thích hoặc tạo đột biến cho nhiều loại cây như lúa, ngô, khoai, dâu tằm, một số loài hoa,... để phát triển giống cây có năng suất cao và thích ứng tốt hơn với điều kiện môi trường khắc nghiệt. Hơn nữa, nghiên cứu về quy trình nhân giống vô tính in-vitro, nuôi cấy tế bào của một số loài hoa, cây đặc sản và cây rừng quý hiếm cũng đang được tiến hành.
Một minh chứng điển hình về vai trò của phản ứng hạt nhân trong nông nghiệp không thể không nhắc đến là lĩnh vực nuôi trồng nấm. Hiện nay, nông dân đã được chuyển giao công nghệ nuôi trồng các loại nấm quý như linh chi, bào ngư,... với việc tận dụng nguồn phụ phế liệu xơ - sợi nông nghiệp. Ngoài ra, việc sử dụng kỹ thuật hạt nhân để xử lý rác thải nông nghiệp như rơm rạ, bã mía,... để sản xuất thức ăn cho động vật hoặc chế biến thành cơ chất phân bón vi sinh cũng đã được triển khai và áp dụng trong thực tế.
4. Ứng dụng trong nghiên cứu các quá trình tự nhiên
Áp dụng kỹ thuật phóng xạ môi trường kết hợp với phương pháp đánh dấu phóng xạ để nghiên cứu sự thay đổi trong các quá trình bồi lấp, sa bồi, xói mòn và rò rỉ đang là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng. Ví dụ, thăm dò quá trình di chuyển của lớp sa bồi tại luồng tàu cảng Hải Phòng về hướng, tốc độ và độ dày nhằm hỗ trợ quá trình duy tu cũng như nạo vét một cách hiệu quả.
Ngoài ra, nghiên cứu các quá trình tự nhiên cũng tập trung vào việc đánh giá tốc độ và nguồn gốc của quá trình bồi lấp tại các lòng hồ như Đạ Hàm, Pró, Đạ Tẻh, Tuyền Lâm, Chiến Thắng, tây Di Linh; xác định vị trí, tốc độ rò rỉ của các hồ chứa nước và các đập thủy điện như Hòa Bình, Trị An, Đa Nhim; thăm dò nguồn nước ngầm và đánh giá khả năng ô nhiễm của các nguồn nước sinh hoạt ở một số tỉnh phía Nam.
5. Ứng dụng trong nghiên cứu và bảo vệ môi trường
Nghiên cứu môi trường với các phương pháp phân tích hạt nhân và những kỹ thuật liên quan cho phép người thực hiện giám sát sự biến động của phóng xạ trong đất, nước, không khí và biển trên một số khu vực điển hình. Hiện nay, trên cả nước có 3 trạm quan trắc môi trường phóng xạ trong tổng số 18 trạm quan trắc môi trường quốc gia, chuyên thực hiện nhiệm vụ theo dõi tình trạng phóng xạ môi trường tại một số địa dư trong nước. Song song với đó, những nghiên cứu khảo sát về nồng độ hạt nhân nhân tạo Cs-137 phát sinh từ các vụ thử vũ khí và sự cố hạt nhân trên thế giới có ảnh hưởng đến Việt Nam cũng đã được triển khai trong thời gian gần đây.
6. Ứng dụng trong khử trùng, bảo quản và biến tính vật liệu
Ứng dụng bức xạ Gamma cường độ cao cho các mục đích như khử trùng, biến tính vật liệu, cải tạo sinh khối, bảo quản thực phẩm, nông sản, chế tạo chế phẩm bằng bức xạ,... đã được nghiên cứu và triển khai thành công. Tại Việt Nam, có tổng cộng 3 nguồn Co-60 với mức hoạt độ khác nhau (16.5kCi tại Đà Lạt; 110kCi tại Hà Nội và 400kCi tại thành phố Hồ Chí Minh).
Việc sử dụng kỹ thuật chiếu xạ liều cao để cắt mạch các polymer tự nhiên, tạo ra các chế phẩm mới là một xu hướng ứng dụng của phản ứng hạt nhân ngày nay. Chẳng hạn, chế phẩm kích thích tăng trưởng thực vật T&D do Viện Nghiên cứu Hạt nhân phát triển đã được đăng ký vào danh mục thuốc bảo vệ thực vật tại Việt Nam. Ngoài ra, màng điều trị vết thương bỏng được chế tạo từ PVP và chitosan vỏ tôm cua cũng đạt được kết quả tích cực trong quá trình thử nghiệm lâm sàng.
7. Ứng dụng trong nghiên cứu di sản văn hóa nghệ thuật
Trong nghiên cứu di sản văn hóa nghệ thuật, ứng dụng phản ứng hạt nhân cho phép các chuyên gia phân tích đặc tính hóa của những đồ vật khảo cổ với độ chính xác cao nhằm xác định tuổi, thành phần hóa học và nguồn gốc của chúng. Theo đó, đặc tính hóa không phải là một phương pháp đơn lẻ mà bao gồm sự kết hợp linh hoạt của nhiều kỹ thuật hạt nhân với đa dạng các loại thiết bị và bức xạ ion hóa như tia X, nơtron, tia gamma, chùm ion.
Quá trình đặc tính hóa mang lại cho các nhà nghiên cứu những hiểu biết sâu sắc về thời gian, địa điểm, cấu tạo và các thức bảo quản hiệu quả các món đồ tạo tác khảo cổ giá trị. Ngoài ra, kỹ thuật này cũng giúp các chuyên gia tìm hiểu xem vật phẩm đó là thật hay giả và xác định nó có phải là di sản văn hóa nghệ thuật cần được bảo tồn hay không. Đặc biệt, ứng dụng phản ứng hạt nhân còn có khả năng tiết lộ cấu trúc bên trong vật phẩm, bao gồm các vết nứt trên bề mặt hoặc nằm sâu bên trong kết cấu mà chúng ta không thể nhìn thấy được bằng mắt thường.
Sau gần 50 năm hình thành và phát triển, ngành hạt nhân của nước ta đã và đang nỗ lực chuyển sang một giai đoạn mới bằng những bước tiến nhảy vọt. Với khả năng và tiềm lực hiện có, lĩnh vực này chắc chắn sẽ có nhiều đóng góp thiết thực hơn nữa vào quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước trong tương lai, từ đó đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của đất nước đối với khoa học kỹ thuật hạt nhân. Hy vọng với những thông tin mà Phương Nam 24h đã cung cấp ở trên, bạn đã có cái nhìn tổng quát hơn về tiềm năng phát triển cũng như ứng dụng của phản ứng hạt nhân trong nghiên cứu khoa học hiện nay.
