สุรศักดิ์ พงศ์พันธุ์สุข
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

บทส่งท้าย

         ท่านทราบหรือไม่ว่า แสงสว่างอันไสวบนโลกใบนี้ในยามค่ำคืนทุกวันนี้ ส่วนหนึ่งได้มาจากพลังงานนิวเคลียร์ จากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 436 เครื่องของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ที่กระจัดกระจายอยู่ทั่วโลก ซึ่งคิดเป็นสัดส่วน กำลังผลิตไฟฟ้าจากพลังงานนิวเคลียร์ประมาณร้อยละ 14

         นี่คือผลงานจากการค้นพบในระยะเวลาสั้น ๆ ประมาณ 50 ปีตอนต้นคริสต์ศตวรรษที่ 20 ของนักวิทยาศาสตร์ นับร้อย แต่มีอยู่ 6 ท่านที่นำไปสู่ความสำเร็จ ตามที่ท่านได้อ่านผ่านตามาแล้ว

         ท่านเห็นด้วยหรือไม่ว่า บทบาทการค้นหาพลังงานนิวเคลียร์ของทั้งหกท่าน ถ้าเปรียบกับ “อาหารจานเด็ด” ก็คือ “ส่วนผสม” หรือ “Ingredients” ที่ช่าง “ลงตัว” และจะ “ขาดอย่างใดอย่างหนึ่ง” ไปไม่ได้

         และหากเปรียบ “พลังงานนิวเคลียร์” ว่าเป็น “ขุมทรัพย์” อย่างหนึ่ง การค้นพบรังสีเอกซ์ของเรินต์เกน เปรียบไปก็คือการค้นพบขุมทรัพย์พลังงานอย่างหนึ่งก่อน ที่ทำให้ผู้ออกตามล่าขุมทรัพย์คนต่อมาคืออองรี แบ็กเกอแรล ผู้พบร่องรอยของ “ขุมทรัพย์พลังงานนิวเคลียร์” ที่ไหลล้น “จิ๊บ ๆ” ออกมาจากอะตอมยูเรเนียม คงเพราะเป็น พลังงานต่ำ ๆ ที่อะตอมปล่อยออกมาเขาจึงไม่ค่อยสนใจ แต่ว่านี่คือการค้นพบ “ปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสี” อันเป็น “ปฐมบท” ของการค้นพบขุมทรัพย์พลังงานนิวเคลียร์อันมหาศาล

         ถึงตรงนี้ มารี กูรี นักศึกษาหญิง ผู้เป็นลูกศิษย์ของแบ็กเกอแรลก็โผล่ออกมา

         เธอเป็นเพียงผู้หญิงตัวเล็ก ๆ แต่เต็มไปด้วย “น้ำอดน้ำทน” ที่นำสินแร่ยูเรเนียมหลายตันมาสกัดแยก ยูเรเนียมบริสุทธิ์ ที่อาจมีอยู่เพียงหนึ่งกำมือ แต่ผลตอบแทนก็คุ้มค่าเพราะไม่เพียงเจอแค่ยูเรเนียม เธอยังค้นเจอธาตุใหม่ อีก 2 ธาตุคือ เรเดียม และ พอโลเนียม ซึ่งล้วนเป็น “ธาตุกัมมันตรังสี” ที่มีพลังงานในรูปของรังสีแอลฟาและรังสีบีตา ไหลล้นออกมา “จิ๊บ ๆ” อยู่ตลอดเวลา ซึ่งเท่ากับบอกให้ชาวโลกได้รู้ว่า ขุมทรัพย์พลังงานนิวเคลียร์ก็คือ ธาตุกัมมันตรังสี ทั้งหลาย

         นี่ทำให้นักวิทยาศาสตร์สมัยนั้นพากันค้นหาธาตุกัมมันตรังสีกันจ้าละหวั่น ซึ่งผลพวงที่ได้ก็คือ การได้รู้ว่า ธาตุแต่ละธาตุมีได้หลาย “ไอโซโทป” และคนที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดก็คือ เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด ผู้มีร่างใหญ่และท่าทางซุ่มซ่าม ซึ่งก็คงเพราะเขาเป็น “ชาวนา” ที่มาจากเนลสันอันไกลโพ้น แต่นี่ก็คงทำให้เขาแข็งแรง กว่าคนทั่วไปด้วย โดยเฉพาะพลังสมองที่คิดแก้ไขปัญหาโดยไม่รู้จักเหน็ดเหนื่อย

         รัทเทอร์ฟอร์ดมุ่งมั่นอยู่กับขุมทรัพย์ที่ชื่อว่ายูเรเนียม จนสามารถย้อนตามรอยลึกเข้าไปถึงภายในอะตอมยูเรเนียม จนพบ “ประตูขุมทรัพย์” ที่ซึ่ง “ใต้ปากประตู” มีพลังงานไหลท้นลอดใต้ธรณีประตูออกมา (tunneling) และ “ประตูขุมทรัพย์” นี้ ถ้าเรียกให้เป็นวิชาการก็คือ…

         “นิวเคลียส”

         เมื่อมี “ประตู” ก็ต้องมี “กุญแจประตู” และเมื่อมีกุญแจประตูก็ต้องมี “ลูกกุญแจประตู” แต่หลังจากค้นพบ ประตูขุมทรัพย์ รัทเทอร์ฟอร์ดประกาศว่า การที่คิดจะหาลูกกุญแจประตูเพื่อไขประตูและเอาพลังงานนิวเคลียร์ ออกมาใช้ประโยชน์นั้นเป็นเรื่อง “เหลวไหล”

         ถามว่าใครจะฟัง ?

         ในที่สุดก็มีคนหาเจอ “ลูกกุญแจ” เขาคือ เอนรีโก แฟร์มี

         “ลูกกุญแจ” ที่ว่าก็คือ “นิวตรอนช้า” นิวตรอนที่ทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ได้ง่ายขึ้นกว่าปกตินับร้อยเท่าตัว อันทำให้พลังงานที่ปกติไหลลอดออกมา “จิ๊บ ๆ” ถั่งท้นออกมาได้มากขึ้น แต่แฟร์มีกลับไม่รู้ตัวว่าเขาได้ “แง้มประตูขุมทรัพย์” ออกมาแล้ว

         นี่คงเพราะแฟร์มีมีลักษณะของ “วิศวกร” อยู่มากไปบ้าง

         ทักษะพิเศษประการหนึ่งของแฟร์มีก็คือการคำนวณที่รวดเร็ว แฟร์มีรู้วิธีคำนวณทางคณิตศาสตร์แทบทุกอย่าง และใช้ได้อย่างรวดเร็ว โดยจดวิธีคำนวณไว้ในสมุดพร้อมหยิบขึ้นมาใช้ได้ทุกเมื่อ และมีเทคนิคประจำตัวเรียกว่า “ขนาดของอันดับ” (order of magnitude) ซึ่งช่วยให้เขาคำนวณโดยประมาณได้เร็วเร็วกว่าทุก ๆ คน

         ยกตัวอย่างจากการทดสอบการระเบิดของ “ลูกระเบิดอะตอม” ในโครงการแมนแฮตตัน แฟร์มีอยู่ห่างจาก จุดที่เกิดการระเบิด 10,000 หลา หลังการระเบิดผ่านไป 40 วินาที แฟร์มีค่อย ๆ ล้วงเศษกระดาษที่เตรียมไว้ออกมา จากกระเป๋า และขณะที่คลื่นแรงผลักดันฉับพลัน (blast wave) จากการระเบิดมาถึง แฟร์มีก็ปล่อยเศษกระดาษ และสังเกตตำแหน่งที่มันตกลงที่พื้นว่าไปได้ไกลเท่าใด จากนั้นก็คิดคำนวณในใจอย่างรวดเร็วได้อย่างใกล้เคียงว่า แรงระเบิดครั้งนี้เทียบเท่ากับทีเอ็นทีประมาณ 20,000 ตัน

         ดังนั้นหน้าที่ “ไขประตูได้สำเร็จ” จึงตกไปอยู่กับ ออทโท ฮาน นักเคมีผู้นอบน้อมถ่อมตน ฝีมือดี และละเอียดลออ ฮานใช้ลูกกุญแจของแฟร์มีคือนิวตรอนช้า ไขไปที่ประตูเดียวกับที่แฟร์มีเคยไขจนประตูเปิดแง้มมาก่อน และฮานสังเกตออกว่า ประตูขุมทรัพย์ได้เปิดออกแล้ว

         ภาษาวิชาการของ “การไขประตูได้สำเร็จ” ก็คือการค้นพบ “การแบ่งแยกนิวเคลียส”

         เมื่อนิวเคลียสของอะตอมยูเรเนียมเกิดการแบ่งแยกนิวเคลียส จะมีนิวตรอนหลุดออกมา 2 หรือ 3 อนุภาค กับ พลังงาน อีกประมาณ 200 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์

         ถ้าถามว่า “200 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์” นี่มันแค่ไหน ก็ยังต้องตอบว่า “จิ๊บ ๆ” อยู่นั่นเอง

         เพราะว่า 1 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์เท่ากับ 1.60 ? 10^-6 เอิร์ก หรือเท่ากับ 1.60 ? 10^-3 วัตต์-วินาที ดังนั้น 200 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ก็คิดเทียบเป็นพลังงานไฟฟ้าได้เพียง 3.2 ? 10^-11 วัตต์-วินาที เท่านั้น ซึ่งหมายความว่า ภายในเวลา 1 วินาที ถ้าเกิดการแบ่งแยกนิวเคลียสของอะตอมยูเรเนียมได้จำนวนถึง 3.1 ? 10¹⁰ นิวเคลียสจึงจะเกิดพลังงานเทียบได้กับไฟฟ้า 1 วัตต์

         หลอดประหยัดไฟฟ้าที่ใช้ตามบ้านขนาด 10 วัตต์ต้องใช้ยูเรเนียมกี่อะตอมใน 1 วินาทีก็ลองคูณเลขเอาเองเถิด และนี่เองคงเป็นที่มาคำพูด “...เรื่องเหลวไหล” ของรัทเทอร์ฟอร์ด

         แต่ทราบหรือไม่ว่า “อะตอม” นั้นเล็กขนาดไหน และอะตอม 1 อะตอมมี 1 นิวเคลียสให้เกิดแบ่งแยกได้ 1 ครั้ง และยูเรเนียมขนาดก้อนเท่านิ้วก้อย (ประมาณ 1 ลูกบาศก์เซนติเมตร) มีน้ำหนักเกือบ 19 กรัม และถ้านับเป็นจำนวน อะตอม ก็มีมากถึงราว 5 ? 10²² อะตอม (ห้าพันล้านล้านล้านอะตอม) ซึ่งเทียบเท่ากับกระแสไฟฟ้าสำหรับป้อน หลอดประหยัดไฟฟ้า 500 ดวงได้นาน 10 ปี

         ดังนั้น ถึงตรงนี้ทุกคนรู้แล้วว่าแม้ ประตูขุมทรัพย์ จะถูกเปิดออกแล้วก็ตาม แต่ก็เป็นเพียง “ขุมทรัพย์จิ๊บ ๆ” เท่านั้น และเรื่องอย่างนี้ต้องการ “วิสัยทัศน์ยาวไกล” ของใครบางคน

         คนที่มีวิสัยทัศน์คนนั้นก็คือนักฟิสิกส์ที่มีคุณสมบัติของนักประดิษฐ์และวิศวกรชื่อ ลีโอ ซีลาร์ด เขาคิดออกว่า จะต้องทำให้ประตู “ขุมทรัพย์จิ๊บ ๆ” นับล้าน ๆ ประตู เปิดออกต่อเนื่องกันเป็นลูกโซ่ ภาษาวิชาการเรียกว่า “ปฏิกิริยาลูกโซ่แบ่งแยกนิวเคลียส”

         แต่ซีลาร์ดมีปัญหา 3 ประการต้องแก้ไข

         ปัญหาประการแรก คือ การเปิดประตูขุมทรัพย์ 1 ประตูต้องมีกุญแจ 1 ดอก ดังนั้น ซีลาร์ดต้องมี “เครื่องปั๊มกุญแจ”

         ปัญหาประการที่สอง คือ ต้อง “ควบคุม” ปฏิกิริยาลูกโซ่แบ่งแยกนิวเคลียสให้ได้ด้วย มิฉะนั้น พลังงานจะพรวดออกมาพร้อม ๆ กันมหาศาลจนกลายเป็นลูกระเบิด นั่นคือ การควบคุมการไขกุญแจให้ค่อยเป็นค่อยไป ได้มากน้อยตามต้องการ

อุปกรณ์ที่ทำหน้าที่ปั๊มกุญแจและควบคุมการไขประตูได้ด้วย เรียกตามภาษาวิชาการว่า “เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์”

         ปัญหาประการที่สามของซีลาร์ดก็คือ ในขณะนั้น การสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ เป็นเพียงทฤษฎี ที่ต้องทดสอบความเป็นไปได้ จึงต้องการทั้ง “บุคลากร” และ “เงินทุน” มหาศาล ซีลาร์ดจึงต้องการ “ยักษ์ในตะเกียงวิเศษ” มาเสกสรรบันดาลบุคลากรและเงินทุนแก่เขา และยักษ์ตนนั้นก็คือ โรสเวลต์ ประธานาธิบดีของสหรัฐอเมริกา ประเทศที่เขาลี้ภัยนาซีมาพึ่งใบบุญนั่นเอง

         แต่คนฮังการรีลี้ภัยเล็ก ๆ ที่ไร้ชื่อเสียงอย่างซีลาร์ด จะไปปลุกยักษ์โรสเวลต์ขึ้นมาคุยกับเขาได้อย่างไร และทางออกของเขาก็คือเพื่อนเก่าเกลอรักอย่าง ไอน์สไตน์

         แล้วก็ไม่ผิดหวัง ชื่อเสียงอันโด่งดังของไอน์สไตน์ ดังพอจะปลุกยักษ์โรสเวลต์ ให้ลุกขึ้นมาสนับสนุนพวกเขาได้ อันเป็นที่มาของ “โครงการแมนฮัตตัน” ที่ใช้เงินมากมายถึง 1,889,604,000 ดอลลาร์อเมริกัน (หนึ่งพันแปดร้อยแปดสิบเก้าล้านหกแสนสี่พันดอลลาร์)

         ถึงตรงนี้บุคคลที่มีคุณสมบัติซึ่งเหมาะสมที่สุด คือ “เป็นทั้งนักวิทยาศาสตร์และวิศวกรในคนเดียวกัน” อย่าง เอนรีโก แฟร์มี ก็กลับออกมาที่หน้าฉากอีกครั้งหนึ่ง เขานำทีมสร้างเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรกของโลก “ชิคาโกไพล์-1” ได้สำเร็จ แม้ว่าจากความสำเร็จครั้งนี้จะดำเนินต่อไปสู่การผลิตลูกระเบิดอะตอมที่ถูกนำไป ใช้ทำลายล้างชีวิตมนุษย์ แต่หลังจากนั้น เมื่อสงครามโลกครั้งที่ 2 สิ้นสุดลง ชิคาโกไพล์-1 ก็ได้กลายเป็น “ต้นแบบ” ของเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ 436 เครื่องที่กำลังเดินเครื่องอยู่ทั่วโลกในปัจจุบัน การใช้รังสีในการรักษาโรคที่ริเริ่มโดยมารี กูรีก็ได้ช่วยชีวิตมนุษย์มามากมายจนทุกวันนี้ และกรรมวิธีเคมีรังสีประยุกต์ของฮานก็ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวาง ทั้งในทางอุตสาหกรรมและการเกษตร