Nuclear Science
STKC 2554

ใช้นิวทริโนตรวจหาเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันลับได้ !
Neutrinos could detect secret fission reactors

สุรศักดิ์  พงศ์พันธุ์สุข
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

 
 
ที่นั่นกำลังทำอะไรกันอยู่นะ ?

ถังน้ำมันที่มีมวลรวมกันหลายแสนตัน ที่ติดตั้งด้วยเครื่องตรวจหาอนุภาคนิวทริโน สามารถปล่อยให้ลอยอยู่นอกชายฝั่ง ทะเล เพื่อตรวจสอบหาเครื่องปฏิกรณ์แบบฟิชชันที่แอบลักลอบเดินเครื่องได้ นั่นเป็นแนวคิดของพวกนักฟิสิกส์ชาว ฝรั่งเศส ที่เสนอ “ตัวค้นหาอันตรกิริยานิวทริโนลับ” หรือ “สนิฟ” (Secret Neutrino Interactions Finder: SNIF) สำหรับเป็นหนทางใช้บังคับสนธิสัญญาไม่แพร่ขยายอาวุธนิวเคลียร์ (nuclear non-proliferation treaty) แม้มี ผู้เชี่ยวชาญหลายท่านตั้งข้อสงสัยถึงความเป็นไปได้

ปัจจุบัน องค์การสหประชาชาติโดยทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศหรือไอเออีเอ (International Atomic Energy Agency: IAEA) มีฐานที่ตั้งอยู่ที่กรุงเวียนนา ประเทศออสเตรีย ได้ทำหน้าที่สอดส่องเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชัน ทั่วโลก โดยใช้เครื่องมือ “ใกล้แหล่งที่ตั้ง” (near-field) เพื่อมั่นใจว่าเครื่องปฏิกรณ์ได้เดินเครื่องอย่างถูกกฎหมาย นับตั้งแต่ กล้องโทรทัศน์วงจรปิด (CCTV) ไปจนกระทั่งโครงข่ายตามสายหรือใยแก้วนำแสง ซึ่งสามารถตรวจตราได้ว่า เมื่อใดที่มีการบรรจุเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ ในบางกรณี ไอเออีเอได้ติดตั้งเครื่องตรวจหาความร้อน เพื่อดูว่าเครื่องปฏิกรณ์ ไม่ได้เดินเครื่องนานเกินไป อันเป็นการผลิตพลูโทเนียมสำหรับทำลูกระเบิดได้

อีกวิธีหนึ่ง บางทีจะเป็นวิธีตรวจตราเครื่องปฏิกรณ์ที่ผิดพลาดยากกว่า ก็คือการตรวจหาระดับของอนุภาค “แอนติ-นิวทริโน” (อนุภาคเบาที่ปฏิกิริยาแบ่งแยกนิวเคลียสปลดปล่อยหลามไหลออกมา) ในบริเวณใกล้เคียง เนื่องจากฟลักซ์ ของแอนติ-นิวทริโนวัดที่บริเวณใด ๆ จะเป็นสัดส่วนกับกำลังของเครื่องปฏิกรณ์นั้น ๆ และกับระยะทางใกล้ไกล ดังนั้น ระดับของแอนติ-นิวทริโนที่จุดใด ๆ จะเป็นตัวชี้ว่ากำลังมีปฏิกิริยาแบ่งแยกนิวเคลียสชนิดใดกำลังเกิดขึ้นอยู่ใกล้ ๆ

การออสซิลเลตของนิวทริโน (Neutrino oscillations)
แต่ทว่า ตามที่นักวิจัยค้นพบเมื่อราวเกือบสิบปีก่อนนี้ว่า ที่จริงเรื่องนี้เป็นวิทยาศาสตร์ที่ซับซ้อนกว่าที่คิด กล่าวคือ นิวทริโนมีมวลที่แน่นอนจริงอย่างที่คาดกันมาก่อน ซึ่งน้อยมาก-ไม่ใช่สูญ และยังสามารถออสซิลเลตกลับไปกลับมา จากนิวทริโนแบบหนึ่งเป็นอีกแบบหนึ่งได้ หมายความว่าเครื่องตรวจหาที่คอยตรวจหานิวทริโนแบบหนึ่งแบบใด จะตรวจ พบนิวทริโนนั้นได้น้อยกว่าที่คาดเสมอ เพราะจะมีนิวทริโนส่วนหนึ่งที่ออสซิลเลตไปเป็นนิวทริโนอีกแบบหนึ่งขณะที่ พวกมันไหลมาถึงจุดตรวจ

ตีเอรี ลาสแซร์ (Thierry Lasserre) จากคณะกรรมการพลังงานทางเลือกและพลังงานอะตอมแห่งประเทศฝรั่งเศส กล่าวว่า การปรับปรุงความเข้าใจการออสซิลเลตของนิวทริโนทำให้กลุ่มของเขาสามารถหาทางใช้ตัวตรวจหาแอนติ-นิวทริโนสำหรับการตรวจตราเครื่องปฏิกรณ์ “ไกลแหล่งที่ตั้ง” (far-field) ลาสแซร์กับผู้ร่วมงานของเขาคำนึงถึงการ ออสซิลเลตของนิวทริโน โดยการคำนวณฟลักซ์ของแอนติ-นิวทริโนว่าลดลงอย่างไร เทียบกับระยะทางที่ห่าง เครื่องปฏิกรณ์ออกไป พวกเขายังวิเคราะห์แอนติ-นิวทริโนจากแหล่งอื่น ๆ (โรงไฟฟ้าพลัังานนิวเคลียร์ 200 แห่งทั่วโลก) เพื่อทำแผนที่ระดับแอนติ-นิวทริโนพื้นหลัง (background anti-neutrino levels) ไว้ด้วย

ในการคำนวณขั้นสุดท้าย กลุ่มของลาสแซร์แสดงให้เห็นว่า ต้องถ่วงเครื่องตรวจหานิวทริโนเอาไว้ใต้น้ำลึก 500 เมตร หรือลึกกว่านั้น เพื่อป้องกันการรับรังสีคอสมิกซึ่งจะทำให้สัญญาณสับสนได้ พวกนักวิจัยคิดกันว่า ในการตรวจตรา เครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันในรัศมี 100-500 กิโลเมตร จะต้องใช้เครื่องตรวจที่มี ตัวแสงวับ (scintillator) ที่มีมวลโปรตอน อิสระ 1034 อนุภาค กล่าวคือในระดับเป็นแสนตัน

กิจกรรมที่เป็นมิตรและกิจกรรมที่ปกปิด
นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยฮาวาย ประเทศสหรัฐอเมริกา ชื่อ จอห์น เลิร์นด์ (John Learned) ซึ่งเป็นคนแรกที่เสนอให้ใช้ เครื่องตรวจหานิวทริโนมาใช้ตรวจตราเครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันทั่วโลก เขาเชื่อว่าผลการคำนวณของกลุ่มนี้ “ยอดเยี่ยม” แต่ตั้งข้อสังเกตว่า แนวคิด “สนิฟ” ไม่ใช่เรื่องใหม่ อย่างไรก็ดี เขายังกล่าวเพิ่มเติมอีกว่า “ด้วยเครือข่ายการตรวจตรา ทำให้สามารถบันทึกกิจกรรมของกลุ่มเครื่องปฏิกรณ์ ซึ่งบางเครื่องอาจเดินเครื่องอย่างเปิดเผย-เป็นมิตร และบางเครื่อง อาจเดินเครื่องอย่างปกปิด ด้วยวิธีการหลาย ๆ วิธีที่กำลังมีการพัฒนา เราจะตรวจตราได้ดีกว่านี้ และดีกว่าที่บอกไว้ ในบทความนี้ด้วย”

แต่ก็มีบางคนที่ไม่ค่อยจะแน่ใจด้วย เช่น แอนดรูว์ มอนทิท (Andrew Monteith) จากหน่วย Novel Technologies Unit ของไอเออีเอ ที่กล่าวว่า ปัจจุบันไอเออีเอให้ความสนใจแต่กับตัวตรวจหานิวทริโนสำหรับการตรวจตราใกล้แหล่งที่ตั้ง เท่านั้น โดยมอนทิทอธิบายว่า “แนวทางการตรวจตราไกลแหล่งที่ตั้ง ที่วิสัชนาไว้ในบทความ ไม่เคยอยู่ในส่วนแนวคิด ที่เป็นทางการของเรา เราทำเป็นขั้น ๆ ไป และแน่นอนว่าแนวทางการตรวจตราใกล้แหล่งที่ตั้งนั้น สมเหตุสมผลสำหรับเรา ในด้านค่าใช้จ่ายและการดำเนินการ”

คำตอบราคาแสนแพง ?
จูเลียน วิเชลโล (Julian Whichello) หัวหน้าหน่วย Novel Technologies Unit เชื่อว่าเครื่องตรวจหาสนิฟของลาสแซร์ จะมีราคาในช่วงถึง 100 ล้านดอลลาร์อเมริกัน ซึ่งเกือบเท่ากับงบประมาณทั้งหมดของไอเออีเอสำหรับการตราจสอบ เครื่องปฏิกรณ์ฟิชชันทั่วโลก “เงินจำนวนนี้นอกเหนืองบประมาณปัจจุบันขององค์การอย่างมากและอย่างแท้จริง” เขากล่าว

กระนั้นก็ดี ลาสแซร์อธิบายว่าเป้าหมายของกลุ่มของเขาจะต้องสำรวจความเป็นไปได้ทางวิทยาศาสตร์ มากกว่าอิทธิพล ทางการเมือง เขากล่าว่า “นี่คืออนาคตที่เป็นไปได้ เป็นโครงการใหญ่โต จะต้องใช้เงินมหาศาลกับความพยายามที่ยาก ลำบาก ในทางเทคนิคจะเป็นจริงได้ใน 30 ปีข้างหน้า แต่ผมยังไม่ได้ยินว่า มีโครงการใดในโลกที่จะสร้างอุปกรณ์ ทำนองนี้”

ท่านสามารถอ่านผลงานวิจัยได้ที่ arXiv:1011.3850.

ผู้เขียน : Jon Cartwright นักเขียนอิสระอาศัยอยู่ที่ Bristol ประเทศอังกฤษ
ข่าวเมื่อวันที่ : 24 พฤศจิกายน 2010

เว็บไซต์ : http://physicsworld.com/c

โพสต์เมื่อ : 21 ธันวาคม 2553