Công nghệ hạt nhân phóng xạ sử dụng trong mạng quan trắc của Tổ chức cấm thử hạt nhân toàn diện (CTBTO)

Monday, 12/11/2012, 00:00

     Công nghệ hạt nhân phóng xạ là một trong 4 công nghệ được sử dụng trong mạng lưới quan trắc quốc tế của CTBTO (ba công nghệ khác là  địa chấn, hạ âm và thủy âm) và là công nghệ duy nhất để khẳng định xác minh các vụ thử vũ khí hạt nhân của CTBTO.

 Mô tả phóng xạ hạt nhân

     Công nghệ quan trắc hạt nhân phóng xạ đo các hạt nhân phóng xạ trong không khí. Hạt nhân phóng xạ là một đồng vị không bền, giải phóng năng lượng dư thừa của nó bằng cách phát bức xạ dưới dạng hạt hoặc sóng điện từ. Quá trình này được gọi là phân rã phóng xạ. Hạt nhân phóng xạ có trong tự nhiên, nhưng cũng có thể được sản xuất nhân tạo. Hạt nhân phóng xạ thường được gọi là các đồng vị phóng xạ.

     Hạt nhân phóng xạ nguyên thủy có nguồn gốc chủ yếu từ các ngôi sao. Một trong số chúng, chẳng hạn như uranium và thorium, phân hủy rất chậm và do đó vẫn còn đến ngày nay. Ngoài ra còn có các hạt nhân phóng xạ nhân tạo, được tạo ra bởi các lò phản ứng hạt nhân, máy gia tốc hạt hoặc các vụ nổ hạt nhân.

 Khí trơ

     Khí trơ là những nguyên tố hóa học ở thể khí. Cái tên "khí trơ" nhấn mạnh một thực tế là những nguyên tố này trơ và hiếm khi phản ứng với các hóa chất khác. So với các hạt hạt nhân phóng xạ, các nguyên tử khí trơ là rất nhỏ.

     Giống như các nguyên tố khác, khí trơ cũng tồn tại trong tự nhiên ở một số đồng vị, một số trong đó là không ổn định và phát ra bức xạ. Có một số khí trơ là đồng vị khí phóng xạ, tức là hạt nhân phóng xạ, không tồn tại trong tự nhiên, chỉ có thể được tạo ra  bởi các phản ứng hạt nhân. Do tính chất của chúng, bốn đồng vị khí hiếm của xenon được quan tâm đặc biệt để phát hiện các vụ nổ hạt nhân.  

     Sau một vụ nổ hạt nhân trong khí quyển, các sản phẩm phân hạch rắn bám vào các hạt bụi được phát tán bởi gió đến những nơi rất xa.

 Phát hiện vụ nổ hạt nhân

     Hầu hết năng lượng của một vụ nổ hạt nhân ngay lập tức  được chuyển thành các vụ nổ, các đợt sóng xung kích và năng lượng nhiệt được phát ra trong khoảng ít hơn một phút. Ban đầu bức xạ chiếm một phần nhỏ của năng lượng phát ra trong một vụ nổ hạt nhân. Còn lại 10% năng lượng bức xạ còn sót lại được phát ra theo thời gian, chủ yếu thông qua phân rã phóng xạ của các sản phẩm phân hạch của vụ nổ.

     Sản phẩm phân hạch ở dạng rắn, khí là những đồng vị phóng xạ được tạo ra trong phản ứng hạt nhân dây chuyền. Có một vài đồng vị bền, nhưng hầu hết là các hạt nhân phóng xạ, tức là chúng có tính phóng xạ. Sau một vụ nổ hạt nhân trong khí quyển, các sản phẩm phân hạch rắn bám vào các hạt bụi được phát tán bằng gió đi một khoảng rất xa.

      Vụ nổ hạt nhân dưới nước cũng phát tán phóng xạ vào khí quyển. Tuy nhiên các vụ nổ hạt nhân dưới nước sâu hoặc trong lòng đất không phát tán bất kỳ hạt phóng xạ vào không khí. Cần có phương pháp khác để phát hiện ra chúng.

      Đồng vị phóng xạ khí trơ, đặc biệt là đồng vị xenon - là một trong các sản phẩm phân hạch được tạo ra trong một vụ nổ hạt nhân. Do là khí trơ, các đồng vị phóng xạ xenon sẽ không bám vào các mảnh vụn hoặc bụi để tạo thành các hạt lớn hơn. Chúng vẫn còn ở thể khí, và một số trong số chúng sẽ thấm qua lớp đá và trầm tích cho đến khi thoát vào không khí. Nhờ gió chúng được phân tán trong bầu khí quyển và có thể sau một thời gian nhất định, được phát hiện hàng ngàn cây số xa vị trí của vụ nổ.

      Mục tiêu của mạng lưới quan trắc hạt nhân phóng xạ của CTBTO là để phát hiện bức xạ của các hạt nhân phóng xạ dạng hạt hoặc khí trơ, ngay cả khi chỉ với số lượng rất nhỏ. Nghĩa là thu thập và phân tích các mảnh vỡ của một vụ nổ hạt nhân, công nghệ hạt nhân phóng xạ là chỉ là một trong bốn công nghệ được sử dụng để cung cấp bằng chứng rằng một vụ nổ hạt nhân trong tự nhiên.

     Như vậy, công nghệ này cung cấp các phương tiện để xác định bằng chứng để chứng minh một hành vi vi phạm Hiệp ước. Với "bằng chứng pháp lý" của vụ nổ hạt nhân, công nghệ hạt nhân phóng xạ là rất quan trọng cho toàn bộ các nỗ lực xác minh.

 Xây dựng các trạm phóng xạ hạt nhân

     Thành phần cơ bản của một trạm phóng xạ hạt nhân bao gồm các thiết bị phát hiện (tức là đầu dò gamma, bộ lọc, buồng phân rã) máy lấy mẫu không khí và một ăng-ten truyền hình vệ tinh. 

Trạm hạt nhân phóng xạ ở Đức.

     Một trong những bất lợi với loại hình này là phát hiện thụ động, dựa vào dòng không khí di chuyển các hạt hay khí đến các vị trí phát hiện hạt nhân phóng xạ. Điều này là lý do tại sao cần phải xây dựng rất nhiều trạm cho việc giám sát các hạt nhân phóng xạ.

     Quá trình xây dựng một trạm hạt nhân phóng xạ bao gồm các bước tương tự như việc thành lập hệ thống quan trắc quốc tế (IMS) đó là các bước: khảo sát thực địa, lắp đặt, chứng nhận và hoạt động. 

Bước một: Khảo sát vị trí được chọn để tiến hành đánh giá sự phù hợp của vị trí đó và xác định những điều kiện cụ thể có thể ảnh hưởng đến thiết kế của trạm.

 Bước hai: Một nhà thầu duy nhất được chọn để sản xuất, thiết kế và lắp đặt trạm. Lựa chọn này thường được thực hiện thông qua một quá trình đấu thầu quốc tế. Ủy ban của Hiệp ước cấm thử hạt nhân toàn diện (CTBTO) cung cấp hướng dẫn cho công trình xây dựng trạm và đánh giá tất cả các khía cạnh của quá trình để đảm bảo rằng nó đáp ứng tất cả tiêu chuẩn để nó có thể được chứng nhận như là một trạm hợp lệ trong mạng IMS.

     Những trạm IMS phải chắc chắn rằng dữ liệu nhận được tại IDC đáng tin cậy. Điều này đạt được thực hiện bằng một "chữ ký" kỹ thuật số đặc biệt trong dữ liệu từ mỗi trạm’

 Bước ba, trạm IMS phải được chứng nhận để đảm bảo rằng tất cả các cơ sở hạ tầng, trang thiết bị và thiết lập của nó đáp ứng các thông số kỹ thuật của CTBTO và tất cả các dữ liệu được truyền đến IDC được đặt ở Viên thông qua các cơ sở hạ tầng truyền thông toàn cầu một cách kịp thời.

Thứ tư, sự vận hành và bảo dưỡng được thiết lập giữa CTBTO và những người điều hành trạm. Giám sát chất lượng được thực hiện để duy trì các tiêu chuẩn cao của chất lượng dữ liệu và hiệu suất các trạm. 

 Mô hình một trạm quan trắc hạt nhân phóng xạ

Mạng lưới quan trắc hạt nhân phóng xạ

     Mạng lưới gồm 80 trạm quan trắc hạt nhân phóng xạ cho phép quan trắc liên tục trên toàn thế giới các mẫu hạt và mẫu khí hạt nhân phóng xạ. Mạng này được hỗ trợ bởi 16 phòng thí nghiệm cho mục tiêu quan trắc phóng xạ môi trường và cung cấp độc lập các số liệu phân tích các mẫu của IMS cho tổ chức CTBTO.

     Các phòng thí nghiệm có nhiệm vụ phân tích các mẫu bị nghi ngờ có chứa hạt nhân phóng xạ có thể đã được tạo ra bởi một vụ nổ hạt nhân. Các phòng thí nghiệm cũng tiến hành phân tích thường xuyên các mẫu để kiểm soát chất lượng của các phép đo mẫu không khí của một trạm.

     80 trạm hạt nhân phóng xạ được chia thành bốn vùng châu  Mỹ, châu Âu và một phần châu Á, Châu Á và Châu Đại Dương, Địa Trung Hải và châu Phi . Với mỗi khu vực được hỗ trợ bởi bốn phòng thí nghiệm hạt nhân phóng xạ.

Sơ đồ phân bố các trạm quan trắc hạt nhân phóng xạ của CTBTO

Mạng quan trắc hạt nhân phóng xạ có tổng cộng 80 trạm đo hạt nhân phóng xạ dạng hạt, trong đó 40 trạm được trang bị thêm hệ thống đo khí phóng xạ và 16 phòng thí nghiệm 

Trung tâm dữ liệu quốc gia cho Hiệp ước Cấm thử hạt nhân toàn diện,

             Viện Khoa học và Kỹ thuật hạt nhân  

Bản in  

Gửi email