Dự báo động đất bằng máy dò radon

Những sự kiện gần đây ở Haiti và Chile nhắc nhở chúng ta sức tàn phá khủng khiếp mà một trận động đất có thể tạo ra, đặc biệt khi nó ập đến mà không được cảnh báo trước. Trong hàng thế kỉ, người dân sống ở những vùng hoạt động địa chất đã kể lại một số biểu hiện kì lạ xuất hiện ngay trước một cơn địa chấn, bao gồm những hiện tượng thời tiết bất thường, và thậm chí những hành trạng khác thường ở động vật. Trong thời gian gần đây hơn, một số nhà khoa học đã đề xuất những dấu hiệu báo trước khác, thí dụ những đợt phát rời rạc của bức xạ điện từ phát ra từ vùng bị đứt gãy. Thật không may, không có đề xuất nào trong số này đưa đến một phương pháp khoa học, có sức mạnh để dự báo động đất.

alt

Đống đổ nát còn lại của tòa chung cư ở San Francisco sau cơn địa chất chính xảy ra trong khu vực Vịnh San Francisco thuộc California vào hôm 17 tháng 10, 1989. (Ảnh: J K Nakata, Cục Địa chất Hoa Kì)

Tuy nhiên, nay một nhóm nhà vật lí, đứng đầu là nhà vật lí đạt giải Nobel Georges Charpak, vừa phát triển một detector (máy dò hạt) mới có thể đo một trong những dấu hiệu báo trước động đất dễ đo hơn – họ đề xuất rằng khí radon được giải phóng khỏi vùng đứt gãy trước khi đất trượt.

Trong thập niên qua, một vài nghiên cứu đã kết luận rằng hàm lượng thái quá của khí radon trong đất hay nước ngầm có thể là dấu hiệu của một cơn địa chấn sắp xảy ra. Người ta tin rằng khí radon được phóng thích từ các hốc và vết nứt khi lớp vỏ Trái đất bị kéo căng ra trước sức trượt đột ngột của một trận động đất. Ty nhiên, để kiểm tra giả thuyết này, các nhà nghiên cứu cần sử dụng đến vài trăm dụng cụ detector dọc theo một vùng đứt gãy. Mặc dù một vài dụng cụ thương mại có thể, trên lí thuyết, thực hiện công việc này, nhưng những dụng cụ này quá đắt tiền cho ứng dụng quy mô lớn. Ngoài ra, không rõ là nhiều dụng cụ như thế này có còn hoạt động không trong sự có mặt của nước.

Detector thay thế của Charpak xây dựng trên công nghệ hiện có sẵn sàng hoạt động trong những điều kiện cực đoan tại các phòng thí nghiệm như CERN. Nó gồm một máy đếm kiểu dây quấn, khái niệm mà nhờ nó Charpak đã giành giải Nobel Vật lí năm 1992. Trong những dụng cụ này, các hạt như radon đi vào một bình chứa đầy chất khí và làm ion hóa một số hạt chất khí. Các ion và electron thu được bị gia tốc bởi điện thế trên dây, gây ra một đợt thác ion hóa mang lại một dòng điện chạy trong dây.

Một đặc điểm quan trọng của thiết kế detector mới này là nó hoạt động với không khí xung quanh, nhờ đó tránh nhu cầu phải bổ sung cho buồng ion hóa của detector chứa đầy một chất khí đặc biệt. Trong những lần thử phòng lab, các nhà nghiên cứu cho biết một lượng radon là 140 Bq.m^–3 trên phút, có thể sánh với lượng thu được bởi những dụng cụ thương mại. Những lần kiểm tra cũng chứng tỏ được rằng dụng cụ trên vẫn hoạt động ở độ ẩm 70%, trong khi những detector một dây bắt đầu chùn bước khi độ ẩm chỉ 30% (arXiv: 1002.4732v1).

“Thiết bị họ đề xuất xây dựng trên một công nghệ detector rất cũ và rất có uy tín”, theo Ariella Cattai, một nhà vật lí nghiên cứu detector tại CERN. “Cái rất căn nguyên với nghiên cứu này là cách họ muốn điều hành những detector này – trong không khí đơn giản và không cần một hỗn hợp khí phức tạp như chúng ta thường dùng”.

Paulo Fonte, giám đốc Phòng thí nghiệm Thiết bị Bồ Đào Nha (LIP), tán thành việc sử dụng sự ion hóa không khí mà các nhà nghiên cứu đã “phá vỡ điều cấm kị” dò tìm, và ông không biết trước được sẽ có những rào cản nào không trong việc phát triển nguyên mẫu dụng cụ này thành một detector có giá trị thương mại. “Nó phát hiện ra hạt alpha, đó là tất cả những gì cần thiết để phát hiện ra các chất ô nhiễm phóng xạ nặng. Tôi không biết [nghiên cứu này] được tài trợ bao nhiêu, nhưng cho dù cơ hội thành công là rất mong manh, thì phần thưởng vẫn sẽ thật quan trọng nên nó chắc chắn đáng để nghiên cứu”.

Một thành viên của đội Charpak, Vladimir Peskov, người làm việc tại trường đại học vùng tự trị Mexico, cho biết bước tiếp theo của nhóm ông là chạy thêm những phép thử và phát triển một phương pháp nối mạng các detector đặt dọc theo một vùng đứt gãy. Họ cũng sẽ nghiên cứu các phương pháp theo dõi hàm lượng radon trong nước ngầm.

Theo physicsworld.com