Pháp y Hạt nhân – Đảm bảo an ninh bức xạ và hạt nhân

Công nghệ hạt nhân là lĩnh vực khoa học đã trở lên phổ biến và phát triển ở đa số các quốc gia trên thế giới, trong đó có Việt Nam. Tuy nhiên, trong đảm bảo an ninh, phòng chống tội phạm, ứng dụng của công nghệ hạt nhân hay lĩnh vực pháp y hạt nhân vẫn còn khá mới mẻ ở Việt Nam cũng như nhiều quốc gia đang phát triển trên thế giới. Pháp y hạt nhân được thực hiện nhằm hỗ trợ kiểm soát, phát hiện và xử lý các vật liệu phóng xạ và hạt nhân được vận chuyển, sử dụng và buôn bán bất hợp pháp. Thông qua việc phân tích các đặc tính hóa học và vật lý của vật liệu, pháp y hạt nhân giúp liên kết các mẫu bằng chứng tại hiện trường vụ án với thủ phạm và tìm ra nguồn gốc của vật liệu phóng xạ và hạt nhân.

Sự phát triển nhanh chóng của khoa học và công nghệ hiện nay đã mang đến nhiều kỹ thuật và công cụ quan trọng, đóng vai trò không thể thiếu trong điều tra tội phạm hay phát hiện, kiểm soát các hành vi vận chuyển, sử dụng và buôn bán vật liệu phóng xạ và hạt nhân trái pháp luật. Kể từ khi bức xạ được khám phá và sự ra đời của các máy phát tia X, các kỹ thuật hạt nhân đã được sử dụng và trở nên phổ biến trong việc phân tích mẫu vật chứng, hỗ trợ công tác điều tra tội phạm hay kịp thời phát hiện, ứng phó với các trường hợp vận chuyển và buôn bán trái phép vật liệu phóng xạ và hạt nhân, đảm bảo an ninh hạt nhân.

Pháp y hạt nhân tìm ra và ứng phó với các vật liệu phóng xạ và hạt nhân bất hợp pháp.

Kỹ thuật hạt nhân giúp các chuyên gia phân tích dấu vết cực nhỏ, phát hiện các vật liệu phóng xạ và hạt nhân từ các mẫu vật chứng tại hiện trường, chẳng hạn như thành phần vật liệu, bột, hạt bụi, các hộp chứa đặc biệt,….Trong nhiều trường hợp, kết quả phân tích mang lại thông tin mà các phương pháp truyền thống phi hạt nhân không thể có được. Đặc biệt, các kỹ thuật hạt nhân gần như không làm tổn hại đến hiện trạng vật chứng như phương pháp hóa học. Do đó, sau khi được phân tích bằng kỹ thuật hạt nhân, các vật chứng đó vẫn có thể được đảm bảo cho các phân tích bổ sung khác.

Công nghệ hạt nhân trong kiểm soát vật liệu phóng xạ và hạt nhân hay còn gọi là pháp y hạt nhân được Cơ quan Năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) định nghĩa là việc kiểm tra các vật liệu phóng xạ và hạt nhân bằng các kỹ thuật phân tích hạt nhân nhằm xác định nguồn gốc xuất sứ và lịch sử của vật liệu này, hỗ trợ công tác điều tra thực thi pháp luật. Việc hiểu rõ hơn về nguồn gốc của vật liệu và lịch sử quy trình có thể đóng góp đáng kể vào việc xác định cách thức và vị trí mất quyền kiểm soát vật liệu để có thể giải quyết các lỗ hổng bảo mật tiềm ẩn liên quan đến các cơ sở đó. Trong trường hợp thiết bị phát nổ, các mảnh vỡ có thể được sử dụng trong đánh giá dữ liệu pháp y hạt nhân nhằm xác định các đặc tính của thiết bị trước khi kích nổ. Năng lực pháp y hạt nhân mạnh mẽ cũng hỗ trợ ngăn chặn các phần tử khủng bố hoặc các thành phần tham gia vào hoạt động khủng bố hạt nhân.

Vật liệu hạt nhân, vật liệu phóng xạ và các loại vật liệu phóng xạ hoạt độ thấp

Pháp y hạt nhân sử dụng các kỹ thuật phân tích hạt nhân kèm theo dữ liệu về các đặc tính đồng vị, hóa học và vật lý của hạt nhân và vật liệu khác, cùng với bằng chứng pháp y liên quan bao gồm DNA, tóc, dấu vân tay, các dấu vết vật chất và dư lượng chất nổ. Pháp y hạt nhân có thể liên kết vật chứng với con người, địa điểm và sự kiện.

Trong những năm 1991-1992, thế giới đã chứng kiến sự gia tăng nhanh chóng số vụ vận chuyển, mua bán và sử dụng trái phép vật liệu phóng xạ và hạt nhân. Theo thống kê của IAEA từ 1993 đến 2022, số lượng các vụ trái phép đó đã đạt tới hơn 4.000 vụ. Việc mất quyền kiểm soát hợp pháp, kết hợp với sự sẵn có của vật liệu hạt nhân trên thị trường chợ đen quốc tế đã làm biến động đáng kể xã hội. Trong đó, đã có khoảng 20 vụ liên quan đến các vật liệu hạt nhân đặc biệt ở cấp độ vũ khí hoặc sử dụng được cho chế tạo vũ khí (urani hoặc plutoni đã làm giàu), với số lượng lên tới 5 kg và làm giàu đồng vị lên tới 90–100%. Thực trạng này đã kích thích sự phát triển của phân tích pháp y hạt nhân trở thành một lĩnh vực khoa học ứng dụng.

Số liệu thống kê các vụ vận chuyển, mua bán và sử dụng trái phép vật liệu phóng xạ và hạt nhân (Nguồn: IAEA)

Nhiều kỹ thuật được sử dụng trong tội phạm học truyền thống cũng hữu ích cho phân tích pháp y hạt nhân, chẳng hạn như phân tích kính hiển vi. Tuy nhiên, trong pháp y hạt nhân, quy trình phân tích sử dụng phụ thuộc vào loại mẫu và độ phóng xạ của mẫu. Các nhà khoa học pháp y phải xác định xem một mẫu có phát ra một lượng lớn hạt alpha hay tia gamma hay không dù đó là plutoni hay uraniu. Theo đó, quy trình phân tích sẽ bao gồm:

(1) Mô tả các thành phần của mẫu theo đặc điểm nhận dạng (dạng chất, màu sắc, kích thước), chất lượng, tuổi và lịch sử sản xuất. Phân tích này xác định các loại vật liệu đặc trưng giúp phân biệt vật liệu hạt nhân hoặc phóng xạ với vật liệu khác và cho phép xác định phương pháp sử dụng để tạo ra vật liệu ban đầu. Toàn bộ thông tin này sẽ giúp các nhà nghiên cứu xây dựng kế hoạch phân tích với các kỹ thuật phù hợp cho mẫu.

(2) Phân tích các chất phi hạt nhân được tìm thấy cùng với vật liệu phóng xạ và hạt nhân. Phương pháp này tương tự như ở các phòng thí nghiệm tội phạm thông thường trong việc đánh giá vật chứng thu thập được. Khi vật chứng di chuyển từ nơi này sang nơi khác, nó sẽ mang theo “manh mối” từ môi trường. Các phân tích đó có thể tìm ra dấu hiệu sinh trắc học của tội phạm (dấu vân tay, DNA, hợp chất hữu cơ), tuyến đường mà vật liệu đi qua (đất, sợi vải), vị trí lưu trữ (bụi, phấn hoa) và các thông tin kịp thời khác góp phần vào đánh giá tổng thể vật chứng vụ án.

(3) Xác định và sử dụng các kỹ thuật phân tích phù hợp. Đối với các loại mẫu vật khác nhau sẽ có các kỹ thuật phân tích khác nhau, điều này phù thuộc vào đặc tính vật lý của mẫu vật, cũng như mức phóng xạ mà mẫu vật phát ra. Các kỹ thuật phân tích hạt nhân bao gồm: phân tích phổ gamma, phân tích quang phổ nhiễu xạ tia X hoặc quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier, phân tích huỳnh quang tia X, phân tích phổ alpha,…Việc sử dụng các kỹ thuật như vậy mang lại nhiều lợi thế vì giảm thiểu lượng mẫu cần thiết để phân tích, tránh làm tổn hại hiện trạng mẫu vật và khai thác được tính không đồng nhất đồng vị của nguyên tố kết cấu lên mẫu vật.

Kiểm tra bằng mắt và chụp ảnh	Phép đo phổ huỳnh quang tia X
Kính hiển vi quang học	Kính hiển vi điện tử
Cân phân tích trong phòng thí nghiệm	Phép đo phổ Alpha
Quang phổ Gamma	Phép đo khối phổ hoặc phép đo phổ phát xạ quang học
Quang phổ nhiễu xạ tia X hoặc Quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier	Các kỹ thuật khác: SEM, ICP-MS,…

Các phương pháp sử dụng trong Pháp y hạt nhân

Trong pháp y hạt nhân, ngoài các thành phần đồng vị của vật liệu hạt nhân như urani và plutoni, các thành phần đồng vị của một số nguyên tố khác, cũng ở mức vết trong các mẫu hạt nhân, đã được nghiên cứu trong những năm gần đây. Trong khi dạng nguyên tố có thể bị ảnh hưởng phần lớn bởi các quá trình hóa học, thì thành phần đồng vị được coi là không bị thay đổi trong quá trình sản xuất, ngoại trừ việc làm giàu đồng vị urani. Việc đo và đánh giá thành phần đồng vị của các thành phần phụ bên cạnh thành phần đồng vị của các thành phần chính (U và Pu) có thể giúp phát hiện mối tương quan và tìm ra lời giải thích giữa tỷ lệ đồng vị đo được và nguyên liệu ban đầu hoặc nơi sản xuất.