Từ cộng tác viên đến người làm chủ thiết bị lớn: GS.TS. Lê Hồng Khiêm và dấu ấn Việt Nam tại Dubna

GS.TS. Lê Hồng Khiêm tại JINR, Dubna (Liên bang Nga)

Việt Nam trở thành thành viên chính thức của JINR từ năm 1956 và là một trong những nước thành viên lâu đời nhất của tổ chức này. Trong hơn 6 thập kỷ hợp tác, nhiều viện nghiên cứu và trường đại học của Việt Nam đã cử các nhà khoa học đến làm việc tại JINR, tiêu biểu như Viện Hàn lâm, Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam (trực thuộc Bộ Khoa học và Công nghệ), Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Đại học Đà Lạt,…

Viện Hàn lâm đóng vai trò nòng cốt trong việc điều phối và thúc đẩy hợp tác khoa học với JINR mà Viện Vật lý là đầu mối chính, chịu trách nhiệm tổ chức chương trình hợp tác, lựa chọn cán bộ tham gia đề án nghiên cứu và định hướng phát triển các nhóm nghiên cứu Việt Nam. Với nguồn nhân lực khoa học trình độ cao và thế mạnh trong nghiên cứu cơ bản, Viện Hàn lâm đã, đang là đơn vị dẫn dắt chiến lược hợp tác giữa Việt Nam và JINR trong các lĩnh vực như vật lý hạt nhân, vật liệu mới, hóa học, sinh học, công nghệ năng lượng và các ngành khoa học ứng dụng.

GS.TS. Lê Hồng Khiêm đóng vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy hợp tác nghiên cứu giữa Việt Nam và JINR. Ông không chỉ là một trong số ít các nhà khoa học Việt Nam đã bảo vệ thành công luận án tiến sĩ tại JINR năm 2011 mà còn từng đảm nhiệm vị trí Đại diện toàn quyền của Chính phủ Việt Nam tại JINR giai đoạn 2013 - 2022, vai trò chiến lược, kết nối và thúc đẩy nhiều chương trình hợp tác song phương.

GS.TS. Lê Hồng Khiêm và TS. Dmitry Kamanin, Giám đốc Trung tâm đào tạo sau đại học của JINR tại Trung tâm thông tin JINR được đặt tại Viện Vật lý 

GS.TS. Lê Hồng Khiêm đang là thành viên của Hội đồng Khoa học của JINR, nhóm các nhà khoa học xuất sắc có nhiệm vụ hoạch định các hướng nghiên cứu và chính sách khoa học của Viện. Ở cương vị này, ông tích cực tham gia xây dựng các chương trình nghiên cứu chiến lược trong các lĩnh vực vật lý hạt nhân nguyên tử và ứng dụng bức xạ, đồng thời thúc đẩy việc gắn kết các mục tiêu khoa học của JINR với nhu cầu phát triển khoa học và đào tạo nhân lực công nghệ cao của Việt Nam. 

Hiện nay, GS.TS. Lê Hồng Khiêm tiếp tục dành phần lớn thời gian (mỗi năm từ 6 đến 9 tháng) làm việc trực tiếp tại JINR nhằm xây dựng và dẫn dắt các nhóm nghiên cứu độc lập của Việt Nam, triển khai hướng nghiên cứu cần thiết để sử dụng thiết bị hiện đại nhất tại JINR. Đây là bước đi mang tính chiến lược, nhằm chuyển đổi mô hình hợp tác từ tham gia thụ động vào các nhóm quốc tế sang chủ động xây dựng và phát triển các nhóm nghiên cứu do cán bộ của Việt Nam làm chủ, giúp tăng cường vị thế khoa học và năng lực nghiên cứu thực chất của các nhà khoa học Việt Nam.

GS.TS. Lê Hồng Khiêm cho biết: Chỉ khi chúng ta có nhóm nghiên cứu độc lập, làm chủ được các vấn đề nghiên cứu và chủ động hợp tác thì mới thực sự khai thác hiệu quả tiềm lực của JINR, phục vụ cho mục tiêu phát triển khoa học và công nghệ quốc gia thiết thực và bền vững. Chính vì vậy, ông đã nỗ lực xây dựng và phát triển nhóm nghiên cứu độc lập đầu tiên của Việt Nam tại JINR. Đây là nhóm nghiên cứu đa ngành, quy tụ các cán bộ trẻ có năng lực từ Viện Vật lý (Viện Hàn lâm), Viện Năng lượng Nguyên tử Việt Nam, Đại học Đà Lạt, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Đại học Duy Tân... Trong nhóm nghiên cứu của ông, các chuyên gia quốc tế chỉ tham gia với vai trò cộng tác, hỗ trợ kỹ thuật, còn nhóm Việt Nam hoàn toàn chủ động thiết kế hướng nghiên cứu, làm chủ quá trình thí nghiệm. Việc sử dụng và khai thác các thiết bị lớn như lò phản ứng hạt nhân IBR-2, máy gia tốc LINAC-800, nguồn phát neutron cường độ cao IREN... đã giúp nhóm có thể triển khai nhiều chủ đề phù hợp với nhu cầu và thế mạnh của Việt Nam, từ phản ứng hạt nhân, phát triển vật liệu mới đến nghiên cứu môi trường.

Tại JINR, nhóm của GS.TS. Lê Hồng Khiêm đã triển khai nhiều hướng nghiên cứu khác nhau, trong đó có 3 hướng nổi bật đang được tập trung phát triển. Hướng thứ nhất là đánh giá ô nhiễm không khí tại các tỉnh, thành phố của Việt Nam thông qua việc sử dụng rêu Barbula indica như một chỉ thị sinh học, kết hợp với các phương pháp phân tích hiện đại, đặc biệt là phân tích kích hoạt neutron (NAA) tại lò phản ứng hạt nhân IBR-2 của JINR. Hướng này đã được đề cập trong bài viết “GS.TS. Lê Hồng Khiêm dùng rêu làm chỉ thị sinh học để nghiên cứu ô nhiễm không khí” (Bản tin Khoa học và Công nghệ số 116 - 8/2024). Đây là hướng tiếp cận liên ngành, kết hợp giữa vật lý hạt nhân, khoa học môi trường và sinh học phân tử nhằm giám sát và định lượng mức độ ô nhiễm nguyên tố vi lượng trong không khí chính xác và bền vững.

Quy trình tạo mẫu rêu để phân tích NAA

Phương pháp sử dụng rêu làm chỉ thị sinh học đã được nhóm nghiên cứu ứng dụng tại nhiều khu vực điển hình trên cả nước như: Hà Nội, Hưng Yên, Đồng Nai, Hải Phòng, Đà Lạt, khu vực đồng bằng sông Hồng, miền Trung và Nam Trung Bộ. Ngoài việc thu mẫu và phân tích nguyên tố bằng phương pháp kích hoạt neutron, nhóm còn kết hợp thêm các kỹ thuật hiện đại khác như PIXE (Proton Induced X-ray Emission), TXRF (Total Reflection X-ray Fluorescence) và phân tích thống kê đa biến để chỉ ra các nguồn phát thải ô nhiễm vào không khí.

Các túi chứa mẫu rêu Barbula indica

Các túi rêu treo ngoài trời - chỉ thị sinh học hấp thụ các chất ô nhiễm không khí 

Đến nay, nhóm nghiên cứu đã công bố 11 bài báo trong các tạp chí khoa học quốc tế uy tín thuộc danh mục SCIE như Asia-Pacific Journal of Atmospheric Sciences, Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry, Environmental Engineering and Management Journal và Sains Malaysiana thuộc hướng nghiên cứu này. Các công trình đã phản ánh chính xác mức độ ô nhiễm kim loại nặng trong không khí tại các đô thị, cung cấp cơ sở khoa học quan trọng cho các cơ quan chức năng trong việc hoạch định chính sách kiểm soát ô nhiễm không khí.

Hệ thống chiếu xạ tia X MBR-1618R-BE và hình học chùm tia

Hướng thứ 2 là nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu mới bằng phương pháp nhiễu xạ neutron trên lò phản ứng hạt nhân IBR-2. Đây là phương pháp tiên tiến có khả năng phân tích cấu trúc tinh thể, tính chất từ và điện của vật liệu ở cấp độ nguyên tử, điều kiện then chốt để thiết kế và tối ưu hóa các vật liệu chức năng trong công nghệ hiện đại.

Hướng này tập trung khảo sát các loại vật liệu đa năng như ferroelectric, multiferroic, manganites, vật liệu từ điện và vật liệu chịu áp suất cao. Những hệ vật liệu trên đóng vai trò thiết yếu trong phát triển linh kiện điện tử, cảm biến, lưu trữ năng lượng và vật liệu spintronics. Đặc biệt, kỹ thuật nhiễu xạ neutron tại IBR-2 đã giúp nhóm tiếp cận sâu vào cơ chế chuyển pha, tương tác từ - điện và cấu trúc vi mô dưới các điều kiện khắc nghiệt như áp suất cao, nhiệt độ thấp hoặc từ trường mạnh.

Tính đến nay, hướng này đã đem lại 19 công bố khoa học quốc tế SCIE trên các tạp chí hàng đầu trong lĩnh vực vật liệu và vật lý chất rắn, như Journal of Alloys and Compounds, Journal of Electronic Materials, Ceramics International, Chemical Physics, Physical Review Materials, Physical Review B và Journal of Physics and Chemistry of Solids. Các công trình tiêu biểu có thể kể đến như nghiên cứu về sự đa hình cấu trúc trong BiMnO₃ ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao (năm 2014) hay công trình phát hiện sự tăng cường tương tác từ - cấu trúc trong vật liệu Mn₃O₄ dưới áp suất (năm 2022).

Hình minh họa cấu trúc tinh thể và hướng spin từ của Mn₃O₄ (pha trực thoi Pbcm) dưới áp suất 20 GPa, với các chuỗi phản sắt từ có dạng răng cưa 

Điểm nổi bật của hướng nghiên cứu này là tính liên tục và chuyên sâu, thể hiện qua chuỗi các nghiên cứu liên kết chặt chẽ giữa thay đổi thành phần hóa học, điều kiện xử lý vật liệu (như doping, áp suất, nhiệt độ) và sự thay đổi về tính chất vật lý, từ đó làm rõ mối liên hệ giữa cấu trúc - tính chất - ứng dụng. Nhóm của ông còn tích cực hợp tác với các phòng thí nghiệm trong nước và quốc tế để mở rộng nền tảng khoa học vật liệu, đồng thời đào tạo nguồn nhân lực nghiên cứu trình độ cao. Những kết quả này đã mở ra tiềm năng ứng dụng vào thiết kế vật liệu mới cho công nghiệp điện tử và năng lượng.

Hướng nghiên cứu thứ ba của nhóm tại JINR được khởi động từ năm 2024, tập trung nghiên cứu các phản ứng hạt nhân sử dụng nguồn phát neutron cộng hưởng cường độ cao IREN - một trong số ít nguồn phát neutron lớn trên thế giới. Nhờ khả năng tạo chùm neutron ở vùng năng lượng cộng hưởng với cường độ rất lớn, IREN cho phép thực hiện các nghiên cứu tiên tiến trong vật lý hạt nhân cơ bản cũng như nghiên cứu số liệu hạt nhân và các nghiên cứu ứng dụng quan trọng cho sự phát triển năng lượng nguyên tử và ứng dụng bức xạ của Việt Nam. GS.TS. Lê Hồng Khiêm nhấn mạnh: IREN là thiết bị cần thiết giúp Việt Nam đào tạo các chuyên gia có trình độ cao trong lĩnh vực năng lượng nguyên tử, nguồn nhân lực đặc biệt cho quá trình xây dựng các nhà máy điện hạt nhân. 

Sơ đồ tổng quát của IREN

Ngay từ giai đoạn đầu triển khai năm 2024, nhóm đã thiết kế và thực hiện nhiều thí nghiệm sử dụng thiết bị IREN và công bố 6 bài báo khoa học về các kết quả mới trong lĩnh vực vật lý hạt nhân. Thông qua các thí nghiệm với IREN, các cán bộ khoa học trẻ của Việt Nam có cơ hội trực tiếp tham gia nghiên cứu, từ thiết kế, đo đạc, phân tích số liệu đến hoàn thành các công bố khoa học.

Mặc dù mới khởi động nhưng hướng nghiên cứu đang mở ra triển vọng lớn không chỉ cho lĩnh vực vật lý hạt nhân cơ bản mà còn có tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác như công nghệ hạt nhân, an toàn bức xạ, vật lý y học và môi trường. Việc khai thác hiệu quả IREN cũng thể hiện năng lực độc lập và chủ động của nhóm nghiên cứu.

Trong năm 2025, GS.TS. Lê Hồng Khiêm sẽ dành 9 tháng làm việc tại JINR để trực tiếp chỉ đạo nhóm Việt Nam chủ động thiết kế các kênh nghiên cứu riêng trên máy gia tốc electron năng lượng 800 MeV tại Phòng thí nghiệm các vấn đề hạt nhân. Đây là thiết bị quy mô lớn, hiện đại và chuẩn bị được đưa vào vận hành. Nhóm Việt Nam sẽ là nhóm khoa học quốc tế đầu tiên khai thác thiết bị này. Từ chùm electron được gia tốc đến năng lượng cao, nhóm sẽ tạo ra các chùm bức xạ thứ cấp như neutron và gamma. Nguồn bức xạ này sẽ được sử dụng cho nghiên cứu vật lý hạt nhân và ứng dụng bức xạ tại các viện, trường của Việt Nam. Trong thời gian tới, hướng mới được kỳ vọng sẽ đóng góp thiết thực vào việc đào tạo nhân lực cho chương trình phát triển và ứng dụng năng lượng nguyên tử do Chính phủ Việt Nam thúc đẩy.

GS.TS. Lê Hồng Khiêm tại khu vực điều khiển máy gia tốc electron năng lượng 800 MeV, Phòng thí nghiệm các vấn đề hạt nhân, JINR

GS.TS. Lê Hồng Khiêm cho biết: Đề xuất của nhóm Việt Nam đã nhận được sự ủng hộ và đánh giá cao từ lãnh đạo Phòng thí nghiệm các vấn đề hạt nhân cũng như Ban Giám đốc của JINR. Hiện nay, hàng loạt thí nghiệm nghiên cứu về vật lý hạt nhân và ứng dụng bức xạ đang được thiết kế để khai thác các kênh nghiên cứu mới của Việt Nam trên máy gia tốc này.

Ngoài công tác nghiên cứu, GS.TS. Lê Hồng Khiêm còn tích cực tham gia giảng dạy và hướng dẫn nhiều nghiên cứu sinh đã bảo vệ thành công luận án tiến sĩ. Ông là người thầy tận tụy, luôn dành tâm huyết cho việc xây dựng đội ngũ nghiên cứu trẻ có năng lực chuyên môn cao và tư duy hội nhập quốc tế. Dưới sự dẫn dắt của ông, nhiều cán bộ nghiên cứu trẻ và nghiên cứu sinh xuất sắc từ các trường đại học, viện nghiên cứu trong nước đã có cơ hội tiếp cận môi trường khoa học hiện đại tại JINR, thông qua các dự án trọng điểm.

Mô hình tổ chức các nhóm nghiên cứu tại JINR do GS.TS. Lê Hồng Khiêm khởi xướng đã góp phần khắc phục đáng kể tình trạng thiếu hụt thiết bị nghiên cứu quy mô lớn trong nước. Mô hình này không chỉ tạo điều kiện để các nhà khoa học Việt Nam chủ động triển khai những hướng nghiên cứu thiết thực mà còn thúc đẩy sự liên kết bền vững với các đối tác quốc tế. Với tầm nhìn chiến lược và những nỗ lực bền bỉ, GS.TS. Lê Hồng Khiêm đã góp phần khẳng định năng lực khoa học thực chất của Việt Nam trong các chương trình nghiên cứu quốc tế quy mô lớn, qua đó nâng cao vị thế khoa học của đất nước.

Cung cấp tin: Chu Thị Ngân, Trung tâm Dữ liệu và Thông tin khoa học 
Xử lý tin: Minh Tâm