ปรมาณูกับนิวเคลียร์

สุรศักดิ์ พงศ์พันธุ์สุข
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

            กว่า 2,000 ปีมาแล้ว คือนับตั้งแต่ 400 ปีก่อนคริสต์ศักราช มีนักปราชญ์ชาวกรีกชื่อดีโมคริตุส (Democritus)ได้เสนอแนวปรัชญาว่าด้วย ปรมาณู หรือ อะตอม (atom) และมีการศึกษาค้นคว้าต่อ ๆ มาโดยลำดับจนพบว่า หากสามารถตัดแบ่งสสารทุกชนิดให้เล็กลงได้เรื่อย ๆ ในที่สุดก็จะได้ส่วนที่เล็กที่สุดที่ยังคงสมบัติทางเคมีของธาตุเรียกว่า ปรมาณู หรือ อะตอม ซึ่งที่ตรงกลางมีนิวเคลียส (nucleus)ประกอบด้วยอนุภาคโปรตอนและนิวตรอนที่มีขนาดเล็กเพียง 1 ใน 10,000 ของเส้นผ่าศูนย์กลางของอะตอมอยู่ และมีอิเล็กตรอนโคจรรอบ ๆ นิวเคลียสอยู่ในเนื้อที่ที่เหลือของอะตอม

            เมื่อ 110 ปีที่แล้ว อองรี เบคเคอเรล (Henry Becquerel) และมาดามคูรี (Madame Curie) ได้ค้นพบปรากฏการณ์ธรรมชาติอย่างหนึ่งเรียกว่ากัมมันตภาพรังสี (radioactivity) คือได้สังเกตพบการสลายกัมมันตรังสี (decay) ของนิวเคลียสของอะตอมยูเรเนียม โดยการปลดปล่อยอนุภาคนิวตรอน รังสีแกมมมา และพลังงานออกมา

            ต่อมาในปี ค.ศ. 1938 มีชาวเยอรมัน 2 คนชื่อว่า ออทโท ฮาน (Otto Hahn) และฟริทซ์ ชตราสส์มันน์ (Fritz Strassmann) ค้นพบวิธีทำให้นิวเคลียสของยูเรเนียมแตกออกเป็น 2 เสี่ยงได้ กลายเป็นนิวเคลียสของอะตอมแบเรียมและคริปทอน พร้อมกับปล่อยพลังงาน รังสีแกมมา และนิวตรอนอีก 2-3 อนุภาคออกมาด้วย เรียกว่าเกิด ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบ่งแยกนิวเคลียส (nuclear fission) จึงทำให้เกิดความคิดที่จะนำพลังงานจากปฏิกิริยานี้มามาใช้ประโยชน์ แต่ปัญหาคือ จะควบคุมอย่างไรให้เกิดปฏิกิริยาได้อย่างต่อเนื่อง

ฟริทซ์ ชตราสส์มันน์ กับ ออทโท ฮาน

ด้านขวาของรูปคือ “ชิคาโกไพล์” เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เครื่องแรกของโลก สร้างจากคาร์บอนแกรไฟต์ ที่กองซ้อนเป็นชั้น ๆ และมีเชื้อเพลิงยูเรเนียมอยู่ตรงกลาง

            วันที่ 2 ธันวาคม ค.ศ. 1945 เวลา 15.45 น. ข้างใต้อัฒจรรย์สนามฟุตบอลที่มหาวิทยาลัยชิคาโก เป็นครั้งแรกที่มนุษย์สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่คงอยู่ได้เองอย่างต่อเนื่อง (self-sustaining) ปฏิกิริยานิวเคลียร์นี้เกิดขึ้นอยู่ภายในก้อนยูเรเนียมและคาร์บอน (แกรไฟต์) ทรงลูกบาศก์ขนาดใหญ่ ซึ่งทำให้อะตอมของยูเรเนียมถูกแบ่งแยกโดยอนุภาคนิวตรอนที่เคลื่อนที่ช้า และปลดปล่อยพลังงานออกมา ความสำคัญของคาร์บอนคือช่วยหน่วงนิวตรอนให้เคลื่อนที่ช้าลงสู่ความเร็วที่พอเหมาะ จึงเรียกว่า ตัวหน่วงความเร็วนิวตรอน (moderator) จากภาษาละตินว่า moderare แปลว่า ควบคุม กล่าวคือ เป็นตัวควบคุมความเร็วของนิวตรอน

            ก้อนลูกบาศก์ดังกล่าวทำจากชั้นยูเรเนียมสลับกับชั้นคาร์บอนซ้อนกันขึ้นไปจนเป็นกองโต ซึ่งในภาษาอังกฤษเรียก กองวัสดุ ว่า ไพล์ (pile) จึงเรียกก้อนลูกบาศก์นี้ว่า อะตอมิกไพล์ (atomic pile) ดังนั้น ในช่วงระยะเวลาหนึ่ง จึงเรียกอุปกรณ์ทุกชนิดที่ทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่คงอยู่ได้เองอย่างต่อเนื่องว่า ไพล์ อย่างไรก็ตาม ในเมื่อการสร้างอุปกรณ์ประเภทนี้ประณีตขึ้นในเวลาต่อ ๆ มา ไม่ดูเหมือนกับว่าสร้างลวก ๆ สุม ๆ กันเป็นกองขึ้นมาอย่างในแบบเดิม จึงมีผู้เริ่มเรียกอุปกรณ์แบบนี้ในชื่อที่เหมาะสมขึ้นว่า เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ (nuclear reactor)

ประธานาธิบดี แฮรี ทรูแมน
”นอติลุส” เรือดำน้ำพลังนิวเคลียร์ลำแรกของโลก

            เพราะว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์ เป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่นิวเคลียสซึ่งอยู่ภายในอะตอมหรือปรมาณู จึงเห็นได้ชัดเจนว่า คำว่า นิวเคลียร์ ทำหน้าที่เป็นคำคุณศัพท์ที่เหมาะสมกว่าคำว่า ปรมาณู หรือ อะตอม อย่างที่ใช้กันอยู่ทุกวันนี้ โดยตั้งแต่แรกที่ประธานาธิบดีทรูแมนของสหรัฐอเมริกาประกาศว่า ได้ทิ้งระเบิดเมืองฮิโรชิมาเมื่อเดือนสิงหาคม ค.ศ. 1945 ด้วย ระเบิดปรมาณู หรือ ลูกระเบิดอะตอม (atomic bomb จากนั้นหนังสือพิมพ์ก็เรียกให้สั้นลงว่า atom bomb และสั้นลงไปอีกว่า A-bomb) ซึ่งอันที่จริงแรงระเบิดเกิดจากพลังงานการการแบ่งแยกนิวเคลียสของอะตอมยูเรเนียม ดังนั้น คำว่า ระเบิดปรมาณู หรือ ลูกระเบิดอะตอม จึงเป็นคำที่ เรียกผิด ซึ่งต่างกับระเบิดทีเอ็นที ที่แรงระเบิดเกิดจากปฏิกิริยาเคมีซึ่งเป็นปฏิกิริยาของอะตอม จึงน่าจะเรียกระเบิดทีเอ็นทีว่าลูกระเบิดอะตอม และเรียก ระเบิดปรมาณู หรือ ลูกระเบิดอะตอม ว่า ลูกระเบิดนิวเคลียร์ (nuclear bomb) จึงจะถูกต้อง

            แล้วก็อีกนั่นแหละ เรือดำน้ำที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ก็เรียกวันว่า เรือดำน้ำปรมาณู (atomic submarine) อีกทั้งยังพูดกันอีกด้วยว่าเรือพวกนี้ขับเคลื่อนด้วยพลังงานปรมาณู (atomic power หรือ atomic energy) ทั้งๆ ที่ควรจะเรียกว่า เรือดำน้ำนิวเคลียร์ เพราะว่าใช้ พลังงานนิวเคลียร์ (nuclear power หรือ nuclear energy) ในการขับเคลื่อน นอกจากนั้นแล้ว วันที่ 2 ธันวาคม ค.ศ. 1945 ที่กล่าวไว้ข้างต้น ก็ยังกล่าวขานกันว่าเป็นจุดเริ่มต้นของ ยุคปรมาณู (atomic age) ทั้ง ๆ ที่หลายพันปีมานี้มนุษย์เราก็ดำรงชีวิตอยู่ในยุคปรมาณูมาโดยตลอดนับตั้งแต่ดีโมคริตุสพูดถึงอะตอมเอาไว้แล้ว ดังนั้นทุกวันนี้ เรากำลังอยู่กันใน ยุคนิวเคลียร์ (nuclear age) ต่างหาก

            ที่กล่าวมาทั้งหมดนี้คงแทบเปล่าประโยชน์ เพราะทุกวันนี้มีคำศัพท์วิทยาศาสตร์มากมายที่ใช้กันไม่ถูกต้องและสายเกินไปแล้วที่จะแก้ไข คงเหลืออยู่เพียงประการเดียวเท่านั้น ก็คือ....

ความเข้าใจที่ถูกต้อง

จาก Nuclear Reactor ของ Isaac Asimov