Polonium (Po) là gì? Tính chất, độc tính và ứng dụng nguy hiểm của nguyên tố phóng xạ tử thần

Chu Văn An

Polonium – cái tên nghe như bước ra từ một bộ phim khoa học viễn tưởng – thực chất là một trong những nguyên tố nguy hiểm nhất mà nhân loại từng phát hiện ra. Được Marie Curie phát hiện cách đây hơn một thế kỷ, Polonium không chỉ là phép màu khoa học mà còn là biểu tượng cho mặt tối của trí tuệ con người: một nguyên tố có thể giết chết con người với lượng nhỏ hơn một hạt bụi. Với mức bức xạ alpha cao gấp hàng triệu lần giới hạn an toàn, Polonium-210 được dùng để ám sát cựu điệp viên Nga Alexander Litvinenko – một vụ việc gây chấn động giới tình báo và chính trị toàn cầu. Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi sâu vào bản chất, độc tính, ứng dụng và hậu quả nguy hiểm của yếu tố tử vong này – nơi mà ranh giới giữa khoa học và cái chết trở nên mờ nhạt đến rợn người.

1. Tổng quan về Poloni

Polonium (ký hiệu: Po, số nguyên tử: 84) là nguyên tố phóng xạ hiếm thuộc nhóm phi kim trong bảng tuần hoàn. Nó được phát hiện vào năm 1898 bởi Marie Curie và chồng bà, Pierre Curie, trong quá trình nghiên cứu về tính phóng xạ trong quặng uranium. Polonium được đặt theo tên quê hương của Marie – Ba Lan (“Polonia” trong tiếng Latin) – như một cử chỉ chính trị nhằm kêu gọi sự chú ý của quốc tế tới đất nước Ba Lan đang bị chia cắt khi đó.

Đặc tính vật lý và hóa học

• Trạng thái: rắn, bạc kim loại ở điều kiện bình thường.

• Cấu trúc tinh thể: đơn tà.

• Nhiệt độ nóng chảy: ~254°C

• Nhiệt độ sôi: ~962°C

• Mật độ: 9,196 g/cm³

• Tính phóng xạ: cực mạnh, chủ yếu phát ra hạt alpha.

Polonium tồn tại chủ yếu dưới dạng đồng vị Po-210 – một trong những đồng vị phóng xạ mạnh nhất từng được ghi nhận, với chu kỳ bán rã khoảng 138 ngày.

2. Cơ chế bức xạ và độc tính

Phát xạ Alpha

Polonium-210 là một nguồn hạt alpha cực kỳ mạnh. Mặc dù các hạt alpha không xâm nhập vào da người nhưng khi hít hoặc nuốt phải, Po-210 gây tổn thương mô cấp tính, đột biến DNA và suy nội tạng nghiêm trọng với lượng cực nhỏ (chỉ khoảng 1 microgram có thể gây tử vong).

Liều tử vong (LD50) của Poloni-210

Liều gây tử vong: chỉ khoảng 1 microgram (1/1.000.000 gram). Độc hơn hàng triệu lần so với xyanua. Một liều 1 curie (37 GBq) đủ để giết chết hàng chục người nếu nhiễm bệnh.

Cơ chế tử vong

• Gây phá hủy tế bào từ bên trong (do phát xạ alpha).

• Tổn thương tủy xương → thiếu máu và miễn dịch.

• Tác dụng lên gan, thận, hệ tiêu hóa và hệ thần kinh trung ương.

• Không có thuốc giải độc hiệu quả.

3. Ứng dụng công nghiệp và quân sự

Mặc dù cực kỳ nguy hiểm nhưng Polonium vẫn có một số ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp, quốc phòng và vũ trụ.

3.1. Ứng dụng công nghiệp

Nguồn nhiệt cho vệ tinh và tàu vũ trụ: Do có khả năng sinh nhiệt lớn nhờ bức xạ alpha nên Po-210 được sử dụng làm nguồn nhiệt nhỏ gọn trong vệ tinh hoặc tàu thăm dò không gian. Tuy nhiên, do tuổi thọ ngắn (chu kỳ bán rã 138 ngày) nên nó không còn phổ biến như plutonium-238.

Khử tĩnh điện: Trước đây, polonium được sử dụng để khử tĩnh điện trong các nhà máy dệt, in ấn hoặc điện tử, vì hạt alpha làm ion hóa không khí. Điều này đã bị hạn chế nghiêm ngặt do rủi ro bức xạ.

Nguồn neutron: Khi kết hợp với berili, Po-210 có thể tạo ra neutron thông qua phản ứng hạt nhân, dùng trong các thiết bị nổ hạt nhân hoặc kích nổ vũ khí nguyên tử.

3.2. Ứng dụng quân sự

Do bản chất cực kỳ độc hại và khó phát hiện, Po-210 được coi là vũ khí sinh hóa lý tưởng để ám sát cá nhân, đặc biệt là trong hoạt động tình báo.

Vụ ám sát Alexander Litvinenko (2006) – cựu điệp viên Nga – bằng Po-210 ở London đã gây chấn động thế giới. Cái chết của ông là minh chứng rõ ràng cho mức độ hủy diệt của nguyên tố này.

Kể từ đó, Po-210 được giám sát chặt chẽ như một chất phóng xạ được kiểm soát đặc biệt, chỉ được sản xuất bởi một số quốc gia có công nghệ hạt nhân.

4. Sản xuất và kiểm soát

Polonium không tồn tại tự nhiên ở dạng đáng kể do thời gian bán hủy ngắn. Nó chủ yếu được sản xuất nhân tạo thông qua việc bắn phá Bismuth-209 bằng neutron trong lò phản ứng hạt nhân:

Bi-209 + n → Bi-210 → Po-210 + β⁻

Nước sản xuất chính: Nga chiếm gần như toàn bộ sản lượng polonium toàn cầu.

Khối lượng sản xuất hàng năm: chỉ vài chục đến vài trăm gram – cực kỳ hiếm.

Vận chuyển và bảo quản: yêu cầu điều kiện an ninh nghiêm ngặt, thùng chứa chống rò rỉ phóng xạ, bảo vệ nhiều lớp.

5. Tác động môi trường và sức khỏe cộng đồng

Nguồn phát thải tự nhiên

• Polonium có thể được tạo ra từ chuỗi phân rã của Uranium-238 trong đá, gây ra một lượng nhỏ khí Radon-222 – tác nhân gây ung thư phổi.
• Một lượng nhỏ Po-210 cũng được tìm thấy trong thuốc lá – được cây thuốc hấp thụ từ đất – và góp phần gây ung thư phổi ở người hút thuốc.

Ảnh hưởng của ngộ độc

• Hấp thụ qua đường ăn uống hoặc hô hấp là con đường chính.

• Không có dấu hiệu ban đầu rõ ràng – dễ nhầm lẫn với bệnh cúm hoặc viêm dạ dày.

• Thiệt hại được tích lũy và không phục hồi sau một vài ngày.

Polonium là minh chứng hoàn hảo cho nguyên tắc: “Đừng để kích thước đánh lừa bạn”. Chỉ với một vài microgam, nó có thể giết chết ai đó chỉ trong vài ngày mà không để lại bất kỳ dấu vết rõ ràng nào.

Từ phòng thí nghiệm của Marie Curie đến vụ ám sát Litvinenko, từ phòng thí nghiệm không gian đến chiến trường gián điệp hiện đại – Polonium là hiện thân của sự kết hợp giữa khoa học và chất độc.