Tháng 8/1945, Mỹ thả hai quả bom nguyên tử xuống hai thành phố Nhật Bản là Hiroshima và Nagasaki. Cho đến nay đây vẫn là lần duy nhất vũ khí hạt nhân được sử dụng trong một cuộc xung đột trên thế giới.

Hai quả bom đã gây ra sự tàn phá khủng khiếp, nhưng ít ai biết rằng nước Mỹ còn chuẩn bị sẵn một quả bom nguyên tử thứ ba, sẵn sàng thả tiếp xuống Nhật Bản. May mắn là Nhật Bản đã tuyên bố đầu hàng chỉ vài ngày trước thời điểm quả bom nguyên tử thứ ba được lên kế hoạch triển khai, tránh được tổn thất thêm hàng chục ngàn sinh mạng. 

Quả bom thứ ba đã không cướp đi bất cứ mạng sống nào, nhưng phần lõi plutoni của nó thì lại gây họa, làm hai nhà vật lý Mỹ thiệt mạng, khiến nó còn mang biệt danh “lõi quỷ”.

Dự án Manhattan và quả bom nguyên tử không dùng đến

Người ta thường cho rằng kế hoạch từ trước đến nay dành cho Dự án Manhattan của Mỹ là chỉ chế tạo hai quả bom nguyên tử. Nhưng thực ra không  phải vậy. Dự án này đã phát triển thành một dây chuyền sản xuất vũ khí nguyên tử hoàn chỉnh. Hầu hết các nguồn lực được sử dụng trong dự án nhiều tỉ USD này là dành cho việc thu thập urani và plutoni đã làm giàu, những nguyên liệu đặc biệt khó sản xuất vào thời điểm đó.

Đến mùa Hè năm 1945, Dự án Manhattan đã sản xuất đủ nhiên liệu phóng xạ để sản xuất ba quả bom, và quả thứ tư vẫn đang được kế hoạch thực hiện. Số nhiên liệu này tiếp theo được sử dụng trong cuộc Thử nghiệm Trinity, với hai quả bom mang biệt danh “Cậu bé” và “Gã mập”.

Nhật Bản đã không đầu hàng ngay lập tức sau khi hai quả bom nguyên tử được thả xuống Hiroshima và Nagasaki, buộc người Mỹ phải chuẩn bị sẵn quả bom thứ ba. Theo kế hoạch, quả bom này sẽ được thả vào ngày 19/8, nhưng ngày 16/8, Nhật hoàng đã tuyên bố đầu hàng.

Vào thời điểm đó, rất ít người trong Dự án Manhattan cho rằng sẽ chỉ có rất ít quả bom được thả. Nhiều người nghĩ sẽ cần nhiều bom hơn để buộc Tokyo đầu hàng, và ngay cả khi họ đầu hàng, vẫn có những lo ngại rằng chiến tranh có thể dễ dàng bùng phát trở lại.

Nhưng trên thực tế, rốt cuộc quả bom thứ ba không được sử dụng, để lại cho người Mỹ một lõi plutoni có đường kính 9cm, nặng 6,2kg. Họ quyết định chuyển phần lõi này cho mục đích thí nghiệm.

Những thí nghiệm với "lõi quỷ"

Lõi của quả bom nguyên tử thứ ba đã được sử dụng cho các thí nghiệm trong suốt năm 1945 và 1946. Vì được thiết kế cho một quả bom, khối cầu plutoni có biên độ an toàn cực kỳ mỏng trước khi nó đạt tới điểm siêu tới hạn. 

Một trong nhiều thí nghiệm đã được tiến hành trên lõi plutoni, tập trung vào tính chất tới hạn của nó. Trong các thí nghiệm này, các nhà khoa học đã phủ quanh phần lõi bằng các tấm phản xạ neutron - phản xạ các neutron từ phản ứng phân hạch hạt nhân trở lại lõi, làm tăng phản ứng hơn nữa.

Nếu lõi plutoni hoàn toàn được bao quanh bởi các tấm phản xạ neutron, nó sẽ nhanh chóng đạt tới siêu tới hạn, giải phóng tia bức xạ cực mạnh.

Do các tiêu chuẩn an toàn được nới lỏng một cách đáng sợ, đồng nghĩa các nhà khoa học khi đó tiến hành các thí nghiệm này một cách thủ công.

Khi nhà vật lý học Harry Daghlian đang thực hiện thí nghiệm vào năm 1945 thì sơ xuất nghiêm trọng đã xảy ra. Trong lúc đặt các khối cacbua vonfram phản xạ neutron xung quanh lõi để đưa nó đến gần mức tới hạn, thì Daghlian đã vô tình làm rơi một khối vào lõi.

Daghlian tìm cách gỡ bỏ khối cacbua vonfram nhanh nhất có thể, nhưng đã quá muộn. Trong khoảnh khắc ngắn ngủi đó, lõi plutoni bước vào trạng thái siêu tới hạn và giải phóng một lượng bức xạ gây chết người. Daghlian lập tức được đưa đi cấp cứu, ông trải qua ba tuần tiếp theo chống chọi với phóng xạ rồi qua đời.

Sau cái chết của ông, các quy trình an toàn nghiêm ngặt hơn nhiều đã được áp dụng để ngăn ngừa sự cố xảy ra một lần nữa.

Năm tiếp theo, 1946, một trong những đồng nghiệp của Daghlian là Louis Slotin, đảm nhận các thí nghiệm với lõi plutoni. Slotin là một nhà vật lý xuất sắc, nhưng cũng được cho là một người dễ chấp nhận rủi ro.

Các thí nghiệm của Slotin với lõi tương tự như của Daghlian nhưng lần này hai mặt phản xạ neutron nửa hình cầu sẽ được đóng lại từ từ để tăng hoạt động của lõi plutoni. Tuy nhiên, để ngăn chặn một tai nạn khác, những miếng đệm kim loại đã được đặt giữa các nửa quả cầu để ngăn chúng bao bọc hoàn toàn phần lõi.

Slotin đã mạo hiểm bỏ qua giao thức này, loại bỏ các bộ đệm, thay vào đó sử dụng phương pháp của riêng mình. Phương pháp của ông nhanh hơn nhưng cũng nguy hiểm hơn nhiều. Slotin sử dụng một chiếc tuốc nơ vít đầu dẹt đơn giản để duy trì khe hở giữa các tấm phản xạ, điều chỉnh nó bằng tay khi cần thiết. Ông trở nên khá thành thạo với kỹ thuật được các đồng nghiệp gán cho biệt danh “cù vào đuôi rồng” này.

Các đồng nghiệp của Slotin biết rằng kỹ thuật này cực kỳ rủi ro và thậm chí đã cố gắng cảnh báo, nhưng ông vẫn tiếp tục làm theo ý mình.

Vào ngày 21/5/1946, Slotin thực hiện thí nghiệm trước một nhóm nhỏ đồng nghiệp tại phòng thí nghiệm Los Alamos. Sử dụng kỹ thuật thông thường của mình, ông hạ thấp hai nửa quả cầu phản xạ neutron xung quanh lõi, sử dụng tuốc nơ vít để giữ chúng không đóng hoàn toàn.

Tuy nhiên, lần này, chiếc tuốc nơ vít bị trượt một khoảng rất nhỏ, cho phép hai tấm phản xạ neutron bao bọc hoàn toàn lõi. Phần lõi ngay lập tức bước vào trạng thái siêu tới hạn và gây ra một vụ nổ bức xạ mạnh mẽ.

Slotin nhanh chóng loại bỏ các tấm phản xạ neutron, nhưng giống như trong sự cố với Daghlian, thiệt hại đã xảy ra. Lúc tai nạn xảy ra, Slotin đang nghiêng người và đã hấp thụ phần lớn bức xạ, và vì thế có thể đã cứu sống những người khác trong phòng. 

Chỉ trong vòng vài phút, Slotin đã có dấu hiệu nhiễm độc phóng xạ. Ông qua đời 9 ngày sau đó.

Sau khi cướp đi sinh mạng của hai người, quả cầu plutoni được gán cho biệt danh đáng sợ: “lõi quỷ”. Nó được lên kế hoạch sử dụng để thử nghiệm hạt nhân trong Chiến dịch Crossroad, nhưng điều này đã không bao giờ xảy ra và cuối cùng “lõi quỷ” được nấu chảy và tái chế thành các lõi khác.