xs
xsm
sm
md
lg

ย้อนเวลา 75 ปีของการพบปฏิกิริยาลูกโซ่เพื่อสร้างระเบิดปรมาณู

เผยแพร่:   โดย: สุทัศน์ ยกส้าน


ภาพการสลายตัวของนิวตรอน เป็นโปรตอน และปลดปล่อยอิเล็กตรอน
ปลายปี ค.ศ. 1938 ก่อนเกิดสงครามโลกครั้งที่ 2 เพียงเล็กน้อย บรรดาหนังสือพิมพ์เยอรมันได้ลงข่าว Otto Hahn, Lise Meitner และ Fritz Strassmann ได้ทดลองยิงนิวเคลียสของยูเรเนียมด้วยอนุภาคนิวตรอนเหมือนดังที่ Enrico Fermi ได้เคยกระทำที่โรมเมื่อปี 1934 และจากการทดลองในครั้งนั้น Fermi เชื่อว่า เขาได้ประสบความสำเร็จในการสร้างธาตุที่ 93 ซึ่งหนักกว่าธาตุที่ 92 คือ ยูเรเนียมที่หนักที่สุดในโลก ณ เวลานั้น

ทว่า ในวันที่ 6 มกราคม ค.ศ. 1939 Hahn, Meitner และ Strassmann กลับเห็นเหตุการณ์ประหลาด คือ แทนที่จะพบว่า นิวเคลียสของธาตุใหม่ว่ามีมวลมากขึ้น กลับพบนิวเครียสของแบเรียม (barium) ที่มีมวลน้อยกว่ายูเรเนียมมาก นี่เป็นเหตุการณ์ที่ไม่มีใครเคยคิดมาก่อน เพราะคนทั้งโลกคิดว่า นิวเคลียสของยูเรเนียมคงปริแตกทำให้ได้นิวเคลียสที่มีมวลน้อยกว่าเดิมเพียงเล็กน้อย มิใช่ได้นิวเคลียสใหม่ที่มีมวลแตกต่างกันมากเช่นนั้น

Hahn และ Strassmann ซึ่งเป็นนักเคมีสนใจเฉพาะธาตุที่เกิดใหม่ แต่ Meitner ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์ทฤษฎีกลับสงสัยในเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นมาก และในเวลาเดียวกันเธอก็กำลังกลัวถูก Hitler จับกุมเพื่อส่งตัวไปเข้าค่ายกักกัน เพราะเธอมีสัญชาติยิว แต่ก่อนจะได้ปรึกษากับ Hahn และ Strassmann เกี่ยวกับข้อมูลที่คนทั้งสองพบ เธอได้ติดสินใจว่า ถึงเวลาที่ต้องหนีอออกนอกประเทศเยอรมนีแล้ว ก่อนที่ทุกสิ่งทุกอย่างจะสายเกินไป

Lise Meitner เกิดที่กรุง Vienna ในประเทศออสเตรีย เมื่อปี 1878 บิดาเป็นนักกฎหมาย เธอสำเร็จปริญญาเอกสาขาฟิสิกส์ และได้เดินทางมา Berlin ในประเทศเยอรมนี ตั้งแต่ก่อนจะเกิดสงครามโลกครั้งที่ 1 เพื่อทำงานวิจัยร่วมกับ Max Planck (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1968 จาการพบควอนตัม) และ Fritz Haber (รางวัลโนเบลเคมีปี 1918 จากการสังเคราะห์แอมโมเนียในปริมาณมากเพื่ออุตสาหกรรม) ความสามารถของเธอทำให้ได้รับแต่งตั้งเป็นหัวหน้าหน่วยวิจัยฟิสิกส์แห่งสถาบัน Kaiser Wilhelm Institute ส่วน Otto Hahn เป็นหัวหน้าหน่วยวิจัยเคมีประจำสถาบันเดียวกัน ทั้งสองทำงานร่วมกันได้ดีมาก จนได้พบธาตุที่ 91 (protoactinium) ด้าน Strassmann เป็นศิษย์ของ Hahn

เมื่อตัดสินใจหนีแน่วแน่ Meitner วัย 61 ปี จึงเดินทางด้วยรถไฟไปประเทศเนเธอร์แลนด์ โดยบอกเจ้าหน้าที่เยอรมันที่พรมแดนว่าเธอจะไปพักผ่อน และใช้พาสปอร์ตออสเตรียของเธอในการเดินทางเข้าเนเธอร์แลนด์ จากที่นั่นเธอได้ขอวีซ่าเพื่อเดินทางไปประเทศสวีเดน เพื่อขอลี้ภัยชั่วคราว

ตลอดเวลาที่เดินทาง Meitner ครุ่นคิดแต่เรื่องการทดลองของ Hahn กับ Strassmann เพราะได้ทราบมาว่า ในปี 1932 John Cockcroft และ Ernest Walton ในอังกฤษ (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1951 จากผลงานการแปลงธาตุโดยปฏิกิริยานิวเคลียร์) ได้ทดลองยิงนิวเคลียสของ lithium ด้วยอนุภาคโปรตอนที่มีความเร็วประมาณหนึ่งหมื่นกิโลเมตร/วินาที ทำให้ได้อนุภาคแอลฟา 2 อนุภาค และมีพลังงาน 17 ล้านอิเล็กตรอนโวลท์ (Mev) เกิดขึ้น ซึ่งพลังงานนี้ได้จากการที่มวลของโปรตอนกับของลิเธียมรวมกันมีค่ามากกว่า มวลของอนุภาคแอลฟา ทั้ง 2 อนุภาค และมวลที่หายไป ได้เปลี่ยนเป็นพลังงานตามสมการ E = mc2 ของ Einstein

เพราะประสิทธิภาพของปฏิกิริยานี้มีค่าน้อยมาก เช่น ถ้าโปรตอน 1,000 ล้านตัวพุ่งชนลิเธียม จะมีโปรตอนเพียงหนึ่งเดียวเท่านั้นที่จะให้พลังงาน ดังนั้นวงการฟิสิกส์จึงไม่รู้สึกตื่นเต้นกับการทดลองนี้นัก

ก่อน Meitner จะเดินทางถึงกรุง Stockholm เพียงเล็กน้อย เธอได้ทราบข่าวว่า สองสามีภรรยา Frederic Joliot กับ Irene Joliot – Curie ได้ผลการทดลองที่ยืนยันเช่นเดียวกันว่า นิวเคลียสของยูเรเนียมเมื่อถูกยิงด้วยนิวตรอน จะให้นิวเคลียสใหม่ชนิดเดียวกับที่ Hahn และ Strassmann พบ Meitner จึงคำนวณอย่างหยาบๆ และพบว่าน่าจะมีนิวเคลียสของ krypton เกิดขึ้นด้วย เธอจึงขอให้ Hahn ค้นหา และในที่สุด Hahn กับ Strassmann ก็พบว่ามี krypton เกิดขึ้นจริง

เมื่อเดินทางถึงจุดหมายปลายทาง Meitner ได้ส่งข่าวการทดลองนี้ให้ Robert Frisch ผู้เป็นหลานชายทราบ เพราะในเวลานั้น Frisch กำลังทำงานวิจัยอยู่ที่สถาบันของ Niels Bohr (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1922 จากการสร้างทฤษฎีอะตอมไฮโดรเจน) ที่ Copenhagen ในประเทศเดนมาร์ก Frisch จึงทดลองเรื่องนี้ซ้ำ และยืนยันว่าสิ่งที่ Hahn กับ Strassmann เห็นเป็นเรื่องจริง ดังนั้นในวันที่ 15 มกราคม ค.ศ. 1939 Frisch จึงส่งข่าวนี้ให้ Bohr ทราบ เพราะในเวลานั้น Bohr กำลังอยู่ที่สถาบัน Institute for Advanced Study ที่ Princeton ในประเทศสหรัฐอเมริกาเพื่อเยี่ยม Albert Einstein

ทันทีที่ Bohr ทราบข่าว เขาได้รายงานให้นักวิทยาศาสตร์อเมริกาและอังกฤษคนอื่นๆ รู้ และในวันที่ 25 มกราคม ค.ศ. 1939 นั้นเอง Enrico Fermi (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1938 จากผลงานสร้างทฤษฎีการสลายตัวแบบบีตา) และ John Dunning จึงได้ใช้เครื่องเร่งอนุภาค cyclotron ของมหาวิทยาลัย Columbia ทำการทดลองยืนยันว่า ผลการทดลองของ Hahn และ Strassmann คือสิ่งที่เกิดขึ้นจริง

ในวันต่อมา การประชุมฟิสิกส์ทฤษฎี จึงถูกจัดขึ้นที่มหาวิทยาลัย George Washington และบรรดาผู้เข้าประชุมทุกคนรู้สึกตื่นเต้นกับข่าวนี้มาก จึงได้อภิปรายกันอย่างกว้างขวาง ทั้งด้านผลกระทบและความสำคัญของปรากฏการณ์นี้

ในที่ประชุมครั้งนั้นมี Enrico Fermi แห่งมหาวิทยาลัย Columbia ซึ่งได้ลี้ภัยฟาสซิสต์ในอิตาลีมาทำงานในอเมริกา ในช่วงของการอภิปรายกับ Bohr บนเวที Fermi ได้ปรารภว่า ถ้าปฏิกิริยานี้มีอนุภาคนิวตรอนเกิดขึ้นจำนวนมากกว่าหนึ่งอนุภาค เวลานิวเคลียสยูเรเนียมแบ่งแยกตัวในแต่ละครั้ง เราสามารถจะใช้อนุภาคนิวตรอนเป็นกระสุนในการทำให้เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ต่อไปได้เรื่อยๆ ผลที่ตามมาคือ พลังงานมหาศาลจะเกิดขึ้น จนอาจนำไปสร้างระเบิดมหาประลัยได้ เพราะ Fermi ได้คำนวณพบว่ายูเรเนียมมวล 1 กิโลกรัม ถ้าถูกทำให้อันตรธานไปในทันที จะมีพลังงานเกิดขึ้นเทียบเท่ากับดินระเบิด TNT หนัก 100 ล้านตัน

แนวคิดนี้ได้ทำให้ Niels Bohr และ John A. Wheeler แห่งมหาวิทยาลัย Princeton ตรึกตรองหนักและสงสัยมากว่า นักฟิสิกส์จะสามารถสร้างระเบิดปรมาณูตามแนวคิดของ Fermi ได้หรือไม่

อีกสามสัปดาห์ต่อมาที่ประชุมของ American Physical Society ก็ได้ทราบรายละเอียดเกี่ยวกับสมบัติของยูเรเนียมว่า ทุกนิวเคลียสของยูเรเนียมใช่ว่าจะสามารถแบ่งแยกตัวได้เวลาถูกยิงด้วยนิวตรอน เพราะธรรมชาติมียูเรเนียม 3 ไอโซโทป (isotope) คือ U-234, U-235 และ U-238 ในปริมาณ 0.006%, 0.694 และ 99.3% ตามลำดับ และไอโซโทปเหล่านี้มักอยู่ปนกัน จะมีแต่ U-235 เท่านั้นที่สามารถแบ่งตัวได้ ส่วน U-238 นั้นเสถียร เพราะมีครึ่งชีวิตประมาณหนึ่งร้อยล้านปี

Bohr กับ Wheeler ยังได้พบอีกว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่จะสามารถเกิดขึ้นได้ ถ้านักทดลองใช้นิวตรอนที่มีความเร็วต่ำ ส่วนนิวตรอนที่มีความเร็วสูงจะถูกนิวเคลียส U-238 ดูดกลืน จึงทำให้ไม่เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ใดๆ และในการทำให้นิวตรอนมีความเร็วลดลงเหลือ 1 กิโลเมตร/วินาที นั้น สามารถทำได้โดยใช้แกรไฟท์ (graphite) หรือน้ำมวลหนัก (heavy water) เป็นตัวชะลอความเร็ว และเวลานิวตรอนที่มีความเร็วต่ำปะทะนิวเคลียส U-235 นิวตรอนบางอนุภาคจะกระดอนไปปะทะนิวเคลียสของ U-235 อื่น ทำให้นิวเคลียส U-235 แยกตัวต่อไปเรื่อยๆ จึงเกิดปฏิกิริยาฟิชชัน (fission) ภายใต้เงื่อนไขว่า นักฟิสิกส์ต้องใช้นิวตรอนที่มีความเร็วต่ำเท่านั้น จึงเปรียบเสมือนการเล่นกอล์ฟ ที่ลูกกอล์ฟจะต้องเคลื่อนที่ช้าๆ จึงจะลงหลุม เพราะถ้าเคลื่อนที่เร็วเกินไป มันก็จะกระโจนผ่านหลุมไป

เมื่อ U-235 เป็นธาตุที่สำคัญมากเช่นนี้ การสกัดให้ได้มาซึ่ง U-235 ที่บริสุทธิ์จึงเป็นเรื่องจำเป็นที่เร่งด่วน นักวิทยาศาสตร์ที่สามารถแยก U-235 บริสุทธิ์ได้เป็นคนแรก คือ Alfred O. Nier แห่งมหาวิทยาลัย Minnnesota ในประเทศสหรัฐอเมริกา โดยใช้อุปกรณ์ mass spectrometer และได้ส่ง U-235 บริสุทธิ์มวล 0.02 ไมโครกรัม ไปให้ Fermi ที่มหาวิทยาลัย Columbia จากนั้น Fermi ก็ใช้นิวตรอนความเร็วต่ำที่ได้จากเครื่องเร่ง cyclotron ยิงนิวเคลียส U-235 ซึ่งให้ผลการทดลองที่ยืนยันตรงตามคำทำนายของ Bohr และ Wheeler ทุกประการ

แต่กระบวนการที่ Nier ใช้ในการสกัด U-235 บริสุทธิ์ต้องใช้เวลานานมาก เช่น ถ้าจะได้ U-235 บริสุทธิ์ 1 กิโลกรัม คงต้องใช้เวลานานถึง 150,000 ปี และนั่นหมายความว่า ระเบิดปรมาณูจะเป็นเพียงระเบิดในฝัน ด้าน Einstein เองก็รู้สึกว่า ความพยายามที่จะเปลี่ยนมวลของสสารเป็นพลังงานที่มากมหาศาล เป็นเรื่องที่ทำได้ยากมาก และคงต้องใช้เวลาอีกนาน

Enrico Fermi
ถึงเดือนมีนาคม ค.ศ. 1939 Bohr ได้เดินทางกลับเดนมาร์ก และเห็นพ้องกับบรรดานักวิทยาศาสตร์อเมริกันว่า จะต้องไม่เผยแพร่รายงานการวิจัยใดๆ เกี่ยวกับ U-235 ให้ฝ่ายเยอรมันรู้ ไม่ว่าจะเป็นทางหนังสือพิมพ์ วิทยุ หรือการสัมภาษณ์ใดๆ เพราะถ้านักวิทยาศาสตร์นาซีรู้ ข้อมูลอาจถูกฝ่ายนาซีนำไปใช้ในการสร้างระเบิดปรมาณู

การควบคุมข้อมูลเกี่ยวกับ U-235 ทุกรูปแบบทำให้ไม่มีใครรู้ว่า ระเบิดปรมาณูเป็นเรื่องจริงหรือเป็นเรื่องจินตนาการ จนกระทั่งวันที่ 6 สิงหาคม ค.ศ. 1945 โลกจึงประจักษ์ว่า มนุษย์ได้ก้าวเข้าสู่ยุคนิวเคลียร์แล้ว เมื่อเมือง Hiroshima ของญี่ปุ่นได้ถูกระเบิดปรมาณูถล่มราบคาบ และประธานาธิบดี Henry Truman ของสหรัฐฯ ได้กล่าวถึงความมหัศจรรย์ของเทคโนโลยีการผลิตระเบิดปรมาณูว่า ไม่ได้เกิดจากงบประมาณ ไม่ได้เป็นความลับสุดยอดที่โลกภายนอกล่วงรู้ ไม่จำเป็นว่าต้องใช้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรหลายพันคน แต่เป็นความอัศจรรย์ที่เกิดจากสมองของคนที่เชี่ยวชาญต่างสาขามาทำงานร่วมกัน เพื่อปลดปล่อยพลังงานปรมาณูที่มีในนิวเคลียสของอะตอมออกมาเป็นระเบิดมหาประลัย โดยใช้เวลาในการสร้างนานประมาณ 5 ปี ด้วยการนำความรู้เรื่องอะตอม ธรรมชาติของกัมมันตรังสี ทฤษฎีควอนตัม ฯลฯ มาประยุกต์และในการสร้างระเบิดมหาประลัยนี้มีคนเพียงไม่กี่คนในโลกที่รู้ว่าโครงการระเบิดปรมาณูเป็นความฝันที่สามารถเป็นความจริงได้

เพราะแม้แต่ Wilhelm Roentgen (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1901 จากการพบรังสีเอ็กซ์ในปี 1895) ก็ไม่เคยคิดเรื่องนี้ Henri Becquerel (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1903 ผู้พบปรากฏการณ์กัมมันตรังสี ในปี 1897) ก็คาดไม่ถึงว่า มนุษย์จะสามารถสร้างระเบิดปรมาณูได้ แม้แต่ J.J. Thomson (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1906) และ Ernest Rutherford (รางวัลโนเบลเคมีปี 1908) ผู้พบอิเล็กตรอนและโปรตอน ตามลำดับ ก็คิดว่า กว่านักวิทยาศาสตร์จะสร้างระเบิดปรมาณูก็คงต้องใช้เวลาอีนาน

กลุ่มบุคคลที่มีบทบาทมากในการสร้างระเบิดมหาประลัย คือ Niels Bohr ชาวเดนมาร์ก (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1922) Enrico Fermi ชาวอิตาเลียน (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1938) Wolfgang Pauli ชาวออสเตรีย (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1945) George von Hevesy ชาวฮังการี (รางวัลโนเบลเคมีปี 1943) Peter Kapitza ชาวรัสเซีย (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1978) Chandrasekhara Raman ชาวอินเดีย (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1930) และ Hideki Yukawa ชาวญี่ปุ่น (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1949) ซึ่งเป็นนักวิทยาศาสตร์ระดับสุดยอดของโลก ซึ่งได้มาทำงานร่วมกันในระหว่างที่เกิดสงครามโลกครั้งที่ 2 เพื่อสร้างระเบิดปรมาณู

การสร้างระเบิดได้เริ่มเป็นรูปร่าง เมื่อนักฟิสิกส์สามารถทำให้ปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดขึ้นได้ จากนั้น E.Teller, V. Weisskopf และ E. Fermi ก็ได้ห้ามมิให้นักฟิสิกส์ฝ่ายสัมพันธมิตรเผยแพร่ความรู้เรื่อง ฟิชชั่น และ Fermi ได้ติดต่อกับ G. Pegram ผู้เป็นคณบดีบัณฑิตวิทยาลัยแหงมหาวิทยาลัย Columbia เมื่อเดือนมีนาคม ค.ศ. 1940 โดยได้กล่าวถึงความเป็นไปได้ในการสร้างระเบิดปรมาณู และขอให้ Pegram ให้ข้อมูลนี้แก่นายพล J. Bergman แห่งกระทรวงกลาโหม เพื่อถ่ายทอดให้ราชนาวีสหรัฐรู้ต่อไป

นักวิทยาศาสตร์อีกคนหนึ่งที่สนใจเรื่องนี้มาก คือ Leo Szilard ซึ่งเป็นชาวฮังการีที่ลี้ภัยนาซีในสหรัฐฯ และดำรงตำแหน่งศาสตราจารย์ฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัย Columbia Szilard เคยศึกษาฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัย Berlin ในช่วงที่เกิดสงครามโลกครั้งที่หนึ่ง และได้อพยพไปอังกฤษ เพราะรู้สึกต่อต้านลัทธินาซีมาก ครั้นเมื่อรู้ว่า Hahn กับ Strassmann ได้พบปรากฏการณ์ฟิชชั่น Szilard เกรงว่านักวิทยาศาสตร์นาซีจะสร้างระเบิดปรมาณูได้ก่อน จึงเดินทางไปพบ E.P. Wigner (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1963) ชาวฮังการีซึ่งได้แปลงสัญชาติเป็นอเมริกัน ที่มหาวิทยาลัย Princeton เพื่อปรึกษาเรื่องการสร้างระเบิดปรมาณู

นอกจากนี้ ก็ยังมีอีกบุคคลหนึ่งที่เกรงว่า Hitler จะครองโลกด้วยระเบิดปรมาณู เขาคือ Alexander Sachs ชาวรัสเซีย ซึ่งในเวลานั้นดำรงตำแหน่งที่ปรึกษาทางเศรษฐกิจและวิทยาศาสตร์ของประธานาธิบดี Franklin D. Roosevelt ทั้ง Sachs และ Szilard มีความเห็นพ้องกันว่า สหรัฐฯ จะต้องเร่งมือสร้างระเบิดปรมาณู ก่อนที่ทุกอย่างจะสายเกินไป และบุคคลเดียวเท่านั้นที่สามารถผลักดันรัฐบาลอเมริกันให้อนุมัติโครงการสร้างปรมาณูได้ คือ Albert Einstein เพราะคำพูดและความเห็นของ Einstein มีน้ำหนักมาก

ในวันที่ 11 ตุลาคม ค.ศ. 1939 Szilard จึงนำจดหมายของ Einstein ไปให้ประธานาธิบดี Roosevelt ที่ทำเนียบขาว ในจดหมายฉบับนั้นมีเนื้อความว่า “การทดลองของ Joliot-Curie ที่ฝรั่งเศส และ Fermi กับ Szilard ที่สหรัฐอเมริกาให้ผลยืนยันว่า นักฟิสิกส์สามารถสร้างปฏิกิริยาลูกโซ่ได้ โดยใช้ยูเรเนียม U-235 และจากแนวคิดนี้ นักวิทยาศาสตร์จะสามารถนำไปพัฒนาต่อเป็นระเบิดมหาประลัยได้ ซึ่งพลังระเบิดจะสามารถทำลายท่าเรือและเมืองได้อย่างราบเรียบในพริบตา แต่ลูกระเบิดนี้อาจจะหนักเกินไปที่จะขนขึ้นเครื่องบิน เพื่อนำไปทิ้งจากอากาศ”

Sachs ยังได้กล่าวเตือน Roosevelt อีกว่า Fermi, Szilard และนักวิทยาศาสตร์อเมริกันอีกหลายคน ในเวลานี้มีความรู้วิทยาศาสตร์มากกว่านักวิทยาศาสตร์นาซีแล้ว และถ้ากองทัพนาซีบุกยึดครอง Czechoslovakia ซึ่งมีแร่ยูเรเนียมอุดมสมบูรณ์ได้ กองทัพนาซีก็จะมีเชื้อเพลิงปรมาณูมากเกินพอที่จะสร้างระเบิด และนอกจากเชคโกสโลวาเกียแล้ว ประเทศ Belgium Congo ก็มียูเรเนียมด้วย แต่ประเทศเหล่านี้กำลังจะถูกนาซียึดครอง นั่นหมายความว่า สหรัฐฯ จะไม่มียูเรเนียมเป็นวัตถุดิบที่จะใช้ในการผลิตระเบิดปรมาณู

เมื่อประธานาธิบดี Roosevelt เข้าใจในภัยอันตรายที่จะเกิดขึ้น ด้วยวิสัยทัศน์ที่กว้างไกล Roosevelt จึงอนุมัติโครงการสร้างระเบิดปรมาณูในทันที โดยไม่ฟังเสียงทัดทานจากที่ปรึกษาหลายคน

Roosevelt ได้สั่งตั้งกรรมการที่ปรึกษาเรื่อง ยูเรเนียม (Advisory Committee on Uranium) ซึ่งประกอบด้วย Alexander Sachs, Eugene Wigner, Edward Teller, Enrico Fermi, Leo Szilard และนายพลอีกหลายคนในกระทรวงกลาโหม คณะกรรมการฯ ได้ประชุมกันเป็นครั้งแรกเมื่อวันที่ 21 ตุลาคม ค.ศ. 1939 และบรรดานายทหารในคณะกรรมการมีความเห็นพ้องว่า รัฐบาลควรมอบให้อาจารย์มหาวิทยาลัยเป็นผู้รับผิดชอบด้านการทดลองทั้งหมด โดยใช้แกรไฟท์หนัก 4 ตัน เป็นตัวควบคุมความเร็วของนิวตรอน และใช้สารยูเรเนียมออกไซด์ 50 ตัน เป็นสารตั้งต้นเพื่อสกัด U-235 บริสุทธิ์

ในวันที่ 20 กุมภาพันธ์ ค.ศ. 1940 โครงการสร้างระเบิดปรมาณูได้รับงบประมาณครั้งแรกเป็นเงิน 6,000 ดอลล่าร์ ด้วยเงินที่น้อยนิด โครงการวิจัยจึงดำเนินไปอย่างช้ามาก จน Sachs และ Einstein รู้สึกไม่สบายใจ ดังนั้นในเดือนเมษายน Sachs จึงเข้าหา Roosevelt เพื่อของบประมาณเพิ่มเติม

ในช่วงเวลาเดียวกัน ทางรัฐบาลอังกฤษกำลังวิตกว่า นักวิทยาศาสตร์นาซีจะผลิตระเบิดปรมาณูได้ก่อน เพราะรู้มาว่า สถาบัน Kaiser Wilhelm ได้ทุ่มเงินงบประมาณในการวิจัยนิวเคลียร์เช่นกัน รัฐบาลอังกฤษจึงตั้งคณะกรรมการสร้างระเบิดนิวเคลียร์ขึ้นชุดหนึ่ง ภายใต้การนำของ George Thomson (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1937) เมื่อเดือนเมษายน ค.ศ. 1940 โดยให้หน่วยงานเข้าสังกัดในกระทรวงอากาศยาน และมี Otto R. Frisch กับ Joseph Rotblat (รางวัลโนเบลสันติภาพปี 1995) ซึ่งเป็นนักฟิสิกส์แห่งมหาวิทยาลัย Liverpool เป็นหัวหน้า ในเวลาต่อมามีนักฟิสิกส์อีกหลายคนที่ห้องปฏิบัติการ Cavendish ได้เข้าร่วมโครงการด้วย ส่วนที่ปารีส ซึ่งในเวลานั้นตกอยู่ภายใต้การยึดครองของนาซี สองสามี-ภรรยา Frederic และ Irene Joliot – Curie (รางวัลโนเบลเคมีปี 1934) ก็ได้ส่งนักวิจัยฝรั่งเศสมาร่วมทำงานกับนักวิทยาศาสตร์อังกฤษ และได้นำน้ำมวลหนัก (heavy water) 200 กิโลกรัม จากประเทศนอร์เวย์มาใช้เป็นตัวชะลอความเร็วของนิวตรอน แต่ Joliot เองมิได้เดินทางมาอังกฤษ เพราะกำลังทำงานใต้ดินเพื่อกอบกู้เอกราชของประเทศฝรั่งเศส

ในขณะที่ทีมนักวิทยาศาสตร์ฝรั่งเศสกำลังจะเดินทางไปอังกฤษในเดือนมิถุนายน ค.ศ. 1940 ประธานาธิบดี Roosevelt ได้สั่งตั้งกรรมการวิจัยกลาโหมแห่งชาติ (National Defense Research Committee NDRC) โดยให้คณะกรรมการวิจัยยูเรเนียมเป็นหน่วยงานหนึ่งในองค์การใหม่ ถึงปี 1940 มหาวิทยาลัย Columbia ก็ได้รับเงินงบประมาณ 40,000 เหรียญ เพื่อวิจัยเรื่องปฏิกิริยาลูกโซ่

ในฤดูร้อนของปี 1941 Vannevar Bush ซึ่งเป็นผู้อำนวยการของ NDRC ได้เข้าพบ Roosevelt เพื่อรายงานความก้าวหน้าเรื่องการสร้างระเบิดปรมาณู และที่อังกฤษ K.T. Bainbridge กับ C.C. Lauritsen ได้นำความเห็นของที่ประชุม ซึ่งมี G.P. Thomson (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1937) เป็นประธานไปแจ้งให้ทราบว่า นักวิทยาศาสตร์อังกฤษมีความมั่นใจมากว่า สัมพันธมิตรสามารถสร้างระเบิดปรมาณูได้ Roosevelt จึงเสนอนายกรัฐมนตรี Winston Churchill ของอังกฤษให้นักวิทยาศาสตร์อังกฤษกับนักวิทยาศาสตร์อเมริกาทำงานวิจัยการสร้างระเบิดปรมาณูร่วมกัน ซึ่ง Churchill ก็เห็นด้วยอย่างจริงใจ

ในการร่วมมือกันครั้งนั้น สหรัฐฯ ได้ส่ง Harold C. Urey (รางวัลโนเบลเคมีปี 1939) และ George B. Pegram ไปอังกฤษเมื่อเดือนพฤศจิกายน ค.ศ. 1941 เพื่อทำงานร่วมกับ J.D. Cockcroft (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1951) และ Rudolph Peierls แห่งมหาวิทยาลัย Birmingham ขณะ Urey พำนักอยู่ที่อังกฤษ เขาได้ทราบข่าวนักวิทยาศาสตร์นาซีกำลังทดลองเรื่องฟิชชันที่มหาวิทยาลัย Leipzig โดยใช้ยูเรเนียม U-235 เป็นเชื้อเพลิง และน้ำมวลหนักเป็นตัวชะลอความเร็วของนิวตรอน แต่ไม่รู้ว่าใครเป็นหัวหน้าโครงการ และทุกคนคาดว่าคงเป็น Werner Heisenberg (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1932) เมื่อ Urey เดินทางกลับถึงสหรัฐอเมริกาๆ ก็ได้ประกาศสงครามกับเยอรมันและญี่ปุ่นทันที เพราะญี่ปุ่นได้บุกโจมตีอ่าว Pearl Harbor ของอเมริกา สหรัฐฯ จึงเริ่มโครงการผลิตระเบิดปรมาณู Vannevar Bush ได้เชิญ Peierls กับ Franz Simon จากอังกฤษมาประชุมที่อเมริการ่วมกับกลุ่มนักวิทยาศาสตร์อเมริกาเมื่อวันที่ 14 สิงหาคม ค.ศ. 1942 เพื่อจัดตั้งโครงการ Manhattan โดยให้ Richard C. Tolman แห่ง California Insititute of Technology เป็นที่ปรึกษาวิทยาศาสตร์ และมี R. Oppenheimer เป็นผู้อำนวยการ

แผนภาพเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์เครื่องแรก โดย Enrico Fermi เพื่อสร้างปฏิกิริยาลูกโซ่
ก่อนหน้านั้นเพียงเล็กน้อย คือในเดือนมกราคม ค.ศ. 1942 หน่วยงานวิจัยต่างๆ ในมหาวิทยาลัยสหรัฐต่างก็รู้บทบาทและหน้าที่ของตน เช่น มหาวิทยาลัย Chicago ภายใต้การนำของ Arthur H. Compton (รางวัลโนเบลฟิสิกส์ปี 1927) วิจัยเรื่องนิวตรอน และ Fermi ที่มหาวิทยาลัย Columbai วิจัยเรื่องการควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ ฯลฯ

ถึงปลายปี 1941 สหรัฐอเมริกามียูเรเนียมบริสุทธิ์ในครอบครองประมาณ 1 กิโลกรัม แต่ก็ยังไม่มากพอและมียูเรเนียมไม่บริสุทธิ์หนักหลายตัน โครงการ Manhattan จึงต้องการยูเรเนียมบริสุทธิ์เพิ่ม และได้รับบริจาคจาก F.H. Spedding แห่งภาควิชาเคมีที่ lowa State College ในปี 1942

ส่วนที่มหาวิทยาลัย Chicago นั้น Fermi ได้ใช้สนามสควอทซ์ที่อยู่ใต้อัฒจันทร์สนามฟุตบอล เป็นสถานที่ติดตั้งเตาปฏิกรณ์ปรมาณู เตาทำด้วยแกรไฟท์บริสุทธิ์หนัก 5,000 กิโลกรัม และมีแผ่นแกรไฟท์ที่มีรูเจาะ ณ ตำแหน่งต่างๆ ตามที่ Fermi คำนวณ สำหรับใส่เชื้อเพลิงยูเรเนียม เตาปฏิกรณ์เป็นรูปลูกบาศก์ เพราะ Fermi และ Szilard ได้พบว่า เป็นรูปแบบที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในการทำให้นิวตรอนเคลื่อนที่ช้าลง

เมื่อนิวตรอนช้าสามารถทำให้นิวเคลียสของ U-235 แยกตัว จะมีนิวตรอนเร็วเกิดขึ้น 2 ถึง 3 ตัว ทุกครั้ง แกรไฟท์บริสุทธิ์จะทำให้นิวตรอนที่เคลื่อนที่เร็วเหล่านี้มีความเร็วลดลง เพื่อจะทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ แต่ถ้านิวตรอนที่เกิดใหม่มีจำนวนน้อยกว่านิวตรอนตั้งต้น จำนวนนิวตรอนจะหมดไป เพราะถูกนิวเคลียส U-238 หรือสารเจืออื่นๆ ที่มีในแกรไฟท์ดูดกลืน ปฏิกิริยาฟิชชันจะไม่เกิด ดังนั้นจึงต้องจัดการให้มีแต่ U-235 และแกรไฟท์บริสุทธ์เท่านั้น และต้องจัดวางยูเรเนียม U-235 กับ แกรไฟท์ในตำแหน่งที่เหมาะสม โดยงานทั้งหมดนี้อยู่ในความรับผิดชอบของ Fermi

หลังจากที่ได้ปรับเปลี่ยนรูปแบบของเตาปฏิกรณ์ ตามการคำนวณอย่างรอบคอบแล้ว เตาปฏิกรณ์ก็พร้อมสำหรับการเดินเครื่อง

Fermi, Compton และ Herbert Anderson ได้ขึ้นยืนที่หน้าแผงควบคุมปฏิกิริยาบนระเบียงที่อยู่สูงเหนือเตาปฏิกรณ์ประมาณ 3 เมตร และให้ George Weil เป็นคนถือแท่งควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ นอกจากนี้ก็ให้มีแท่งควบคุมอัตโนมัติอีกแท่งหนึ่งที่ใจกลางเตา สำหรับใช้ในกรณีที่นิวตรอนได้ทะลักออกจากเตาในปริมาณมากจนเกินไป การตรวจจับนิวตรอนส่วนเกิน ต้องใช้แท่งเหล็กกล้าที่มี cadmium เคลือบ เพื่อเสียบเข้าไปในเตา และมีท่อนควบคุมฉุกเฉินเรียก Zip ซึ่งมี Fermi เป็นคนควบคุมเอง นอกจากนี้ก็มีหน่วยรักษาความปลอดภัยอีกหน่วยหนึ่งที่สามารถหยุดปฏิกิริยาลูกโซ่ได้ทันที โดยการฉีดน้ำเกลือของสารประกอบ cadmium ให้เข้าไปในเตา

ถึงเวลา 9.54 น. ของวันที่ 2 ธันวาคม ค.ศ. 1942 Fermi ได้สั่งให้เดินเครื่องเตาปฏิกรณ์ โดยให้ดึงท่อนควบคุมออกจากเตาเพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ อีก 6 นาทีต่อมา จึงสั่งให้ดึ

Zip ขึ้น เมื่อถึงเวลา 10.37 น. Fermi ได้จ้องดูหน้าปัดแผงควบคุม และใบหน้ามีอาการเครียด อีกครึ่งชั่วโมงต่อมา ท่อนควบคุมอัตโนมัติทุกท่อนก็ถูกดึงออก อุปกรณ์ทุกชิ้นในเตาบ่งชี้ว่า จำนวนนิวตรอนกำลังเพิ่มตลอดเวลา เมื่อใกล้จะถึงเวลาเที่ยงวัน Fermi เอ่ยว่า รู้สึกหิว และขอให้ทุกคนกลับมาที่เตาปฏิกรณ์เมื่อเวลาบ่าย 2 หลังจากที่ได้ปรับเครื่อง และคำนวณอัตราการเพิ่มนิวตรอน จนถึงเวลา 15.21 นาฬิกา Fermi ก็ได้เอ่ยปากบอกทุกคนด้วยความยินดีว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่อยู่ในสมดุลแล้ว จากนั้นก็ปล่อยให้เตาปฏิกรณ์ทำงานต่ออีก 28 นาที ถึงเวลา 15.53 นาฬิกา Fermi ก็ได้สั่งให้ดับเตาปฏิกรณ์

ดังนั้นเมื่อเวลาบ่าย 4 โมง ของวันพุธที่ 2 ธันวาคม ค.ศ. 1942 มีคนประมาณ 20 คน ที่ได้รู้ว่าโลกได้ก้าวเข้าสู่ยุคใหม่ คือ ยุคนิวเคลียร์แล้ว

Arthur Compton เป็นผู้หนึ่งที่อยู่ในเหตุการณ์ เขาได้ส่งโทรเลขบอกผู้อำนวยการของโครงการ OSRD (Office of Scientific Research and Development) ว่า “นักเดินเรือชาวอิตาเลียน (Fermi เป็นชาวอิตาเลียนเหมือน Columbus) ได้เดินทางพบโลกใหม่แล้ว” และผู้อำนวยการได้โทรเลขถามกลับมาว่า “ชาวพื้นเมืองเป็นมิตรดีหรือไม่” Compton ก็ตอบว่า “ครับ เป็นมิตรที่ดีมาก”

อ่านเพิ่มเติมจาก Brighter than a Thousand Suns: a Persona History of the Atomic Scientists โดย Robert Jungl จัดพิมพ์โดย Harcourt Brace ปี 1958


สุทัศน์ ยกส้าน

ประวัติการทำงาน-ราชบัณฑิต สำนักวิทยาศาสตร์ สาขาฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และ ศาสตราจารย์ ระดับ 11 ภาควิชาฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ, นักวิทยาศาสตร์ดีเด่นและนักวิจัยดีเด่นแห่งชาติ สาขากายภาพและคณิตศาสตร์ ประวัติการศึกษา-ปริญญาตรีและโทจากมหาวิทยาลัยลอนดอน, ปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย

อ่านบทความ "โลกวิทยาการ" จาก "ศ.ดร.สุทัศน์ ยกส้าน" ได้ทุกวันศุกร์


กำลังโหลดความคิดเห็น...