250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí (Phần 82)

Định luật khuếch tán Graham

1829

Thomas Graham (1805-1869)

Khi nghĩ tới Định luật Khuếch tán Graham, tôi không thể không nghĩ tới chết chóc và vũ khí nguyên tử. Định luật mang tên nhà khoa học Scotland Thomas Graham, nó nói rằng tốc độ tuôn tràn của một chất khí tỉ lệ nghịch với căn bậc hai khối lượng hạt của nó. Công thức này có thể biết là R₁/R₂ = (M₂/M₁)^1/2, trong đó R₁ là tốc độ khuếch tán của chất khí 1, R₂ là tốc độ khuếch tán cho chất khí 2, M₁ là khối lượng mole của chất khí 1, và M₂ là khối lượng mole của chất khí 2. Định luật này hoạt động với sự khuếch tán lẫn sự tuôn tràn; tuôn tràn là một quá trình trong đó từng phân tử đi qua những cái lỗ rất nhỏ mà không va chạm với nhau. Tốc độ tuôn tràn phụ thuộc vào trọng lượng phân tử của chất khí. Ví dụ, các chất khí như hydrogen với trọng lượng phân tử thấp sẽ tuôn tràn nhanh hơn các hạt nặng hơn, do các hạt trọng lượng thấp thường chuyển động ở tốc độ cao hơn. Định luật Graham có một ứng dụng đặc biệt đáng quan ngại hồi thập niên 1940 khi nó được dùng trong công nghệ lò phản ứng hạt nhân để tách các chất khí phóng xạ có tốc độ khuếch tán khác nhau nhờ trọng lượng phân tử của các khí đó. Một buồng khuếch tán dài đã được dùng để chia tách hai đồng vị của uranium, U-235 và U-238. Hai đồng vị này được phép phản ứng hóa học với fluorine để tạo ra chất khí uranium hexafluoride. Các phân tử uranium hexafluoride nhẹ hơn chứa U-235 có khả năng phân hạch sẽ đi qua buồng nhanh hơn các phân tử chứa U-238 nặng hơn.

Trong Thế Chiến II, quá trình phân tách này đã cho phép nước Mĩ phát triển bom nguyên tử, vì người ta phải tách U-235 cho phản ứng phân hạch dây chuyền. Để phân tách U-235 và U-238, chính phủ đã xây dựng một nhà máy khuếch tán chất khí ở Tennessee. Nhà máy sử dụng sự khuếch tán qua các rào cản xốp và thu hoạch uranium cho Dự án Manhattan, dẫn tới bom nguyên tử được ném xuống Nhật Bản vào năm 1945. Để thực hiện sự phân tách đồng vị, nhà máy khuếch tán chất khí cần 4.000 tầng khuếch tán trên một khu vực rộng 43 mẫu Anh.

Quặng uranium.

XEM THÊM. Chuyển động Brown (1827), Phương trình Entropy của Boltzmann (1875), Sự phóng xạ (1896), Bom Nguyên tử Little Boy (1945).

Nhà máy khuếch tán chất khí K-52 ở Oak Ridge, Tennessee, thuộc Dự án Manhattan. Tòa nhà chính dài hơn nửa dặm. (Ảnh của J. E. Westcott, nhà nhiếp ảnh chính thức cho Dự án Manhattan.)

250 Mốc Son Chói Lọi Trong Lịch Sử Vật Lí
Clifford A. Pickover
Bản dịch của Thuvienvatly.com
<< Phần trước | Phần tiếp theo >>

Bài trước | Bài kế tiếp