โรงนากับนิวเคลียร

สุรศักดิ์ พงศ์พันธุ์สุข
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

นักฟิสิกส์ทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์โดยเล็งยิงชิ้นวัตถุด้วยอนุภาคเล็ก ๆ (ของอะตอม) ที่มีพลังงานสูง ถ้าบังเอิญอนุภาคที่ว่า ไปโดนนิวเคลียสของอะตอมที่มีอยู่มากมาย ภายในวัตถุชิ้นนั้นเข้า ก็เกิดการเปลี่ยนแปลงอะไรสักอย่าง แต่ถ้าพลาดไปก็ไม่มีอะไรเกิดขึ้น

ที่จริงจะว่านักฟิสิกส์เล็งยิงก็คงไม่ถูกต้อง เพราะเป้าที่ว่านั้นเล็กมากจนมองไม่เห็น พวกเขาก็สักแต่ว่ายิง ยิง ยิงอนุภาคเข้าไปมาก ๆ และหวังว่าจะยิงโดนบ้าง

จำนวนอนุภาคที่จะยิงโดนเป้านั้น ย่อมขึ้นอยู่กับธรรมชาติของอนุภาคที่ใช้ยิง กับตัวเป้าเอง ซึ่งบางทีก็ยิงโดนเป้าได้น้อยมาก ดังราวกับว่านิวเคลียสที่เป็นเป้านั้น เล็กมากจนไม่มีทางจะยิงโดนได้ง่าย ๆ แต่บางที ทั้งที่เป็นสภาพการณ์แบบเดียวกัน กลับยิงโดนเป้าได้มาก ราวกับว่าเป้ามีขนาดโตกว่ากัน

ดังนั้น นักฟิสิกส์จึงสรุปว่า ภายใต้สภาพการณ์ที่กำหนดใด ๆ นิวเคลียสที่ถูกยิงโดนได้ง่าย มีภาคตัดขวางเชิงนิวเคลียร์ (nuclear cross section) โต ส่วนพวกที่ยิงโดนได้ยาก มีภาคตัดขวางเชิงนิวเคลียร์เล็ก และแม้แต่นิวเคลียสที่ว่า ถูกยิงโดนได้ง่ายนั้น ก็มีภาคตัดขวางแค่ประมาณ 10–24 ตารางเซนติเมตร ซึ่งหมายความว่า ถ้าเอานิวเคลียสมาวางแผ่เรียงกัน 1 ล้านล้านล้านล้านนิวเคลียส ก็จะกินเนื้อที่เพียง 1 ตารางเซนติเมตรเท่านั้น

ในปี ค.ศ. 1942 พวกนักฟิสิกส์อเมริกัน กำลังง่วนอยู่กับเรื่องลูกระเบิดอะตอม และพวกเขาไม่สะดวกจะพูดกันอย่างเปิดเผย ว่ากำลังทำอะไรไปถึงไหนแล้ว ที่จริงพวกเขากำลังวุ่นอยู่กับ การระดมยิงนิวเคลียสของยูเรเนียม ด้วยนิวตรอนภายใต้สภาพต่าง ๆ เพื่อให้ยิงโดนได้มากที่สุด เท่าที่เป็นไปได้ และนักฟิสิกส์หนุ่ม 2 คน ชื่อมาร์แชล จี. ฮอลโลเวย์ (Marshall G. Holloway) กับซี. พี. เบเคอร์ (C.P. Baker) คุยกันถึงความสำเร็จว่านิวเคลียสของยูเรเนียม “โตยังกับโรงนาแน่ะ” (โรงนาที่ว่าก็คือภาษาฝรั่งคำว่า “barn” นั่นเอง)

ด้วยเหตุนี้ ในระหว่างนั้นจึงเป็นที่รู้กันในหมู่พวกเขาเองว่า เมื่อพูดถึงพื้นที่ขนาด 10–24 ตารางเซนติเมตรก็จะพูดว่าโรงนาหนึ่งโรง (เท่ากับ 1 barn) โดยมีความประสงค์ให้เป็นเรื่องลับ ซึ่งใครต่อใครที่ได้ยินก็ไม่อาจโยงไปถึงว่าพวกเขากำลังพูดกันเรื่องลูกระเบิดอะตอม แต่ในท้ายที่สุดก็เป็นที่ยอมรับกันเป็นทางการให้คำว่า “barn” เป็นหน่วยของ “ภาคตัดขวางเชิงนิวเคลียร์”

  ยูเรเนียมคาเฟ่ ในเมืองแกรนต์ ลอสอะลาโมส
ร้านประจำของนักวิทยาศาสตร์ในโครงการผลิตลูกระเบิดอะตอม
 

เรื่อง barn ของ Isaac Asimov