✨Louis Slotin

Louis Alexander Slotin ( ; 1 tháng 12, 1910 – 30 tháng 5, 1946) là một nhà vật lý và hóa học người Canada từng tham gia Dự án Manhattan. Ông sinh ra và lớn lên tại khu North End của thành phố Winnipeg, tỉnh Manitoba, và tốt nghiệp bằng Cử nhân Khoa học và Thạc sĩ Khoa học tại Đại học Manitoba, trước khi hoàn thành bằng tiến sĩ hóa lý tại Đại học Nhà vua Luân Đôn vào năm 1936. Sau đó, ông làm việc tại Đại học Chicago với vai trò nghiên cứu viên, nơi ông tham gia thiết kế máy gia tốc cyclotron.

Năm 1942, Slotin được mời tham gia vào Dự án Manhattan, và từ đó thực hiện các thí nghiệm với lõi uranium và plutonium nhằm xác định giá trị khối lượng tới hạn. Sau Thế chiến II, ông tiếp tục nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm quốc gia Los Alamos ở bang New Mexico. Vào ngày 21 tháng 5 năm 1946, Slotin vô tình kích hoạt một phản ứng phân hạch, giải phóng một luồng bức xạ mạnh. Ông được đưa đến bệnh viện cấp cứu nhưng qua đời chín ngày sau, vào ngày 30 tháng 5. Slotin trở thành người thứ hai trong lịch sử tử vong do tai nạn tới hạn, sau Harry Daghlian, người đã thiệt mạng trong một tai nạn tương tự với cùng lõi plutonium, được gọi là lõi quỷ, vào năm trước đó.

Chính phủ Hoa Kỳ ca ngợi Slotin như một người hùng, vì ông đã phản ứng nhanh chóng và ngăn chặn được cái chết của các đồng nghiệp. Tuy nhiên, một số nhà vật lý cho rằng hành vi của ông trước vụ tai nạn là liều lĩnh, và cái chết của ông hoàn toàn có thể phòng tránh được. Tai nạn và hậu quả sau đó đã được tái hiện trong nhiều tác phẩm hư cấu và phi hư cấu.

Thời niên thiếu

Louis Slotin là con cả trong ba người con của ông Israel và bà Sonia Slotin, những người Do Thái nói tiếng Yiddish đã chạy trốn khỏi các cuộc pogrom ở Nga và định cư tại Winnipeg, tỉnh Manitoba, Canada. Ông lớn lên ở khu North End của Winnipeg, nơi tập trung đông đảo cộng đồng nhập cư Đông Âu. Ngay từ khi còn học tiểu học tại Trường Tiểu học Machray cho đến những năm trung học tại Trường Trung học St. John, Slotin đã thể hiện khả năng học tập xuất sắc. Em trai ông, Sam Slotin, sau này từng nhận xét rằng anh trai mình "có một sự tập trung mãnh liệt đến mức có thể học hàng giờ liền không ngừng nghỉ."

Năm 16 tuổi, Slotin theo học tại Đại học Manitoba để lấy bằng cử nhân khoa học. Trong thời gian học đại học, ông đã nhận được Huân chương Vàng của trường đại học cả ở hai ngành vật lý và hóa học. Ông tốt nghiệp với bằng Cử nhân Khoa học chuyên ngành địa chất vào năm 1932, và bằng Thạc sĩ Khoa học vào năm 1933. Với sự giúp đỡ của một trong những giảng viên hướng dẫn, ông đã giành được học bổng nghiên cứu tại Đại học Nhà vua Luân Đôn, nơi ông làm nghiên cứu sinh dưới sự hướng dẫn của Arthur John Allmand - trưởng khoa hóa học, chuyên gia trong lĩnh vực điện hóa học ứng dụng và quang hóa học.

Tại Đại học Nhà vua Luân Đôn

Trong thời gian học tại Đại học Nhà vua Luân Đôn, Slotin từng nổi bật như một võ sĩ nghiệp dư, khi giành được chức vô địch hạng gà (bantamweight, một hạng đấu dành cho các võ sĩ từ trên 57 kg đến 61 kg) trong giải đấu quyền anh của trường. Sau này, ông từng kể lại rằng mình đã tham gia chiến đấu cho Đệ Nhị Cộng hòa Tây Ban Nha và được huấn luyện lái máy bay chiến đấu trong Không quân Hoàng gia Anh.

Nhà văn Robert Jungk đã viết trong cuốn Brighter than a Thousand Suns: A Personal History of the Atomic Scientists - một trong những tài liệu lịch sử sớm nhất về Dự án Manhattan - rằng Slotin "tình nguyện tham gia Nội chiến Tây Ban Nha, không phải vì lý do chính trị mà vì sự mạo hiểm. Ông từng nhiều lần đối mặt với hiểm nguy trong vai trò pháo thủ phòng không." Tuy nhiên, trong một cuộc phỏng vấn nhiều năm sau đó, em trai của ông là Sam Slotin đã phủ nhận điều này và cho biết anh trai mình chỉ tham gia một chuyến đi bộ đường dài ở Tây Ban Nha chứ không thực sự tham chiến như lời đồn trước đó., Slotin được Đại học Chicago chấp nhận vào làm trợ lí nghiên cứu. Tại đây, ông lần đầu tiên tiếp cận với hóa học hạt nhân khi tham gia xây dựng máy gia tốc cyclotron đầu tiên tại khu vực Trung Tây Hoa Kỳ. Công việc này có mức lương thấp, và cha của ông đã phải hỗ trợ tài chính cho ông trong suốt hai năm đầu. Từ năm 1939 đến 1940, Slotin hợp tác với Earl Evans, trưởng khoa sinh hóa của trường, để sản xuất carbon phóng xạ (bao gồm carbon-14 và carbon-11) từ cyclotron. Trong quá trình làm việc chung, hai người cũng sử dụng carbon-11 để chứng minh rằng tế bào thực vật có khả năng sử dụng khí carbon dioxide để tổng hợp carbohydrate thông qua quá trình cố định carbon.

Slotin có thể đã có mặt tại thời điểm lò phản ứng hạt nhân đầu tiên trên thế giới - Chicago Pile-1 của Enrico Fermi - được khởi động vào ngày 2 tháng 12 năm 1942, tuy nhiên các nguồn tài liệu không thống nhất về điều này. Trong thời gian này, ông cũng đóng góp cho nhiều công trình nghiên cứu trong lĩnh vực sinh học phóng xạ. Chính nhờ chuyên môn trong lĩnh vực này mà ông đã thu hút được sự chú ý của chính phủ Hoa Kỳ, và được mời tham gia vào Dự án Manhattan, một dự án nhằm phát triển bom nguyên tử. Giới khoa học khi đó gọi quá trình "chơi với ngưỡng tới hạn" này là “tickling the dragon’s tail” (tạm dịch: “chọc giận rồng ngủ”), dựa trên một bình luận nổi tiếng của nhà vật lý Richard Feynman, người đã ví các thí nghiệm này như việc “chọc vào đuôi con rồng đang ngủ”. Vào ngày 16 tháng 7 năm 1945, Slotin là người đã lắp ráp lõi plutonium cho Trinity, thiết bị hạt nhân đầu tiên được kích nổ trong lịch sử. Nhờ chuyên môn trong việc lắp ráp vũ khí hạt nhân, ông được gọi là “thợ vũ khí trưởng của Hoa Kỳ” (chief armorer of the United States). Ông cũng được tặng hai chiếc ghim kỷ niệm bằng chì và bạc để ghi nhận đóng góp của mình trong dự án. Một liều 1 gray (tương đương khoảng 100 roentgen) có thể gây buồn nôn và nôn mửa ở khoảng 10% số người tiếp xúc, nhưng nhìn chung vẫn có khả năng sống sót cao.

Cái chết của Harry Daghlian

Vào ngày 21 tháng 8 năm 1945, Harry Daghlian, một trợ lý phòng thí nghiệm và cũng là đồng nghiệp thân thiết của Slotin, đã gặp tai nạn trong khi thực hiện một thí nghiệm tới hạn. Ông vô tình làm rơi một khối tungsten carbide nặng lên lõi bom hợp kim plutonium-gallium nặng 6,2 kg (14 lb) - sau này được gọi là lõi quỷ, và cũng chính là lõi đã gây ra cái chết của Slotin sau đó. Daghlian, khi đó mới 24 tuổi, đã tiếp xúc với liều bức xạ neutron rất lớn. Theo các ước tính sau này, liều bức xạ neutron ban đầu có thể chưa đủ gây tử vong, nhưng ông sau đó còn bị phơi nhiễm bức xạ gamma trễ và bỏng phóng xạ khi cố tháo dỡ thí nghiệm. Daghlian nhanh chóng gục ngã với các triệu chứng nhiễm xạ cấp tính, và qua đời 25 ngày sau tại bệnh viện của căn cứ Los Alamos.

Dự định trở lại giảng dạy

Sau Thế chiến II, Slotin bắt đầu bày tỏ sự bất mãn ngày càng rõ rệt với vai trò cá nhân của mình trong dự án hạt nhân. Ông từng nói: “Tôi đã bị lôi kéo vào các cuộc thử nghiệm của Hải quân, điều mà tôi cực kỳ chán ghét.” Tính đến ngày 25 tháng 5 năm 1946, bốn trong số bảy người đã được xuất viện. Bác sĩ Paul Hageman, phụ trách bệnh viện căn cứ quân sự Los Alamos, cho biết rằng tình trạng ngay lúc đó của Slotin, Graves, Kline và Young là “ổn định”.

Cái chết của Slotin

Mặc dù được chăm sóc y tế tích cực và có nhiều tình nguyện viên sẵn sàng hiến máu để truyền, tình trạng của Slotin không thể cứu chữa.

Trong bốn ngày tiếp theo, Slotin phải chịu đựng một chuỗi đau đớn của các tổn thương do bức xạ, bao gồm tiêu chảy nặng, lượng nước tiểu giảm, hai bàn tay sưng phồng, ban đỏ da (erythema), phồng rộp nghiêm trọng ở tay và cẳng tay, liệt ruột và hoại tử mô. Ông cũng bị bỏng phóng xạ nội tạng toàn thân, mà một chuyên gia y tế mô tả là “bỏng ba chiều” (three-dimensional sunburn). Đến ngày thứ bảy, Slotin bắt đầu xuất hiện các giai đoạn lú lẫn. Môi ông chuyển sang màu xanh tím và ông được đặt trong lều oxy. Cuối cùng, các chức năng cơ thể của ông suy sụp hoàn toàn, và ông rơi vào trạng thái hôn mê. Slotin qua đời vào lúc 11 giờ sáng ngày 30 tháng 5 năm 1946, trong vòng tay cha mẹ. Ông được an táng tại nghĩa trang Shaarey Zedek ở Winnipeg vào ngày 2 tháng 6 năm 1946.

Các trường hợp thương vong khác

Sau cái chết của Slotin, Graves, Kline và Young vẫn tiếp tục được nhập viện điều trị. Trong số này, Alvin C. Graves, người đứng gần Slotin nhất, cũng phát triển hội chứng nhiễm xạ cấp và phải nằm viện trong nhiều tuần. Ông sống sót, nhưng phải sống chung với các vấn đề thần kinh và thị lực mạn tính. Dwight Young cũng mắc hội chứng nhiễm xạ cấp, nhưng đã phục hồi hoàn toàn. Đến ngày 28 tháng 1 năm 1948, Graves, Kline và Perlman đã đệ đơn yêu cầu bồi thường thiệt hại do hậu quả của vụ tai nạn. Graves sau đó đã dàn xếp và nhận được 3.500 USD tiền bồi thường (tương đương khoảng $ ngày nay, sau khi điều chỉnh theo lạm phát).

Ba trong số những người có mặt sau đó đã qua đời vì các bệnh lý có liên quan đến phơi nhiễm bức xạ: Graves mất vì nhồi máu cơ tim sau 20 năm, thọ 55 tuổi, Cieslicki qua đời vì bệnh bạch cầu cấp dòng tủy sau 19 năm, thọ 42 tuổi, Young mất vì suy tủy xương và nhiễm trùng màng trong tim, sau 29 năm, thọ 83 tuổi. Một số cái chết trong số này có thể liên quan đến vụ tai nạn, tuy nhiên điều này khó có thể xác định. Louis Hempelman, chuyên gia tư vấn cho Phòng thí nghiệm Khoa học Los Alamos, cho rằng “không thể đưa ra mối liên hệ nhân quả rõ ràng giữa vụ tai nạn và nguyên nhân tử vong từ một mẫu nhỏ như vậy.” Tuy nhiên, sau tai nạn, lõi cần thời gian để giảm mức phóng xạ, nên được lên lịch lại để sử dụng trong cuộc thử nghiệm thứ ba của chiến dịch Crossroads, tạm gọi là Charlie. Nhưng kế hoạch này bị hủy bỏ, do mức phóng xạ cao bất ngờ sau vụ thử dưới nước Baker và việc không thể khử nhiễm các tàu mục tiêu. Cuối cùng, lõi được nấu chảy, và vật liệu bên trong được tái sử dụng cho một lõi khác trong các chương trình hạt nhân về sau. Dựa trên các tài liệu trích dẫn và phân tích, ước tính đáng tin cậy nhất có thể là báo cáo nội bộ năm 1978 của Los Alamos, đề xuất rằng:

Slotin nhận 10 Gy (neutron) + 1,14 Gy (gamma)

Daghlian nhận 2 Gy (neutron) + 1,1 Gy (gamma)

Các liều này phù hợp với triệu chứng lâm sàng mà họ đã trải qua. Các tác phẩm tái hiện sự kiện bao gồm phim Fat Man and Little Boy (1989), trong đó John Cusack thủ vai Michael Merriman, một nhân vật hư cấu dựa trên Slotin; và vở kịch Louis Slotin Sonata (2001) do David P. Moore đạo diễn.

Năm 1948, các đồng nghiệp của Slotin tại Los Alamos và Đại học Chicago đã thành lập Quỹ tưởng niệm Louis A. Slotin, chuyên tổ chức các buổi diễn thuyết vật lý do các nhà khoa học danh tiếng trình bày, bao gồm Robert Oppenheimer, Luis Walter Alvarez và Hans Bethe. Quỹ hoạt động đến năm 1962. Năm 2002, một tiểu hành tinh được phát hiện vào năm 1995 được đặt tên là 12423 Slotin để tưởng nhớ ông.

Năm 2025, thí nghiệm và tai nạn của Louis Slotin được tái hiện trong phim ngắn The Demon Core của đạo diễn J. Zachary Thurman.

Đơn vị "dollar" trong độ phản ứng

Theo Alvin M. Weinberg và Eugene P. Wigner, Louis Slotin là người đề xuất dùng thuật ngữ "dollar" để chỉ khoảng cách trong độ phản ứng giữa trạng thái tới hạn chậm và tới hạn tức thời. 0 dollar là điểm mà phản ứng dây chuyền tự duy trì được nhờ có neutron chậm. 1 dollar là ngưỡng mà lò phản ứng không còn cần đến neutron chậm để duy trì phản ứng, và bắt đầu bước vào vùng tới hạn tức thời. Các lò phản ứng hạt nhân ổn định hoạt động trong khoảng từ 0 đến 1 dollar, trong khi các sự kiện tăng vọt (excursion) hoặc vũ khí hạt nhân xảy ra khi vượt quá mức 1 dollar. Một phần trăm của 1 dollar được gọi là “cent”. Trong các mô tả kỹ thuật về sự kiện tới hạn tức thời thuần túy, người ta thường nói "cent trên mức tới hạn" như một đơn vị đo tương đối.