ครบรอบ 67 ปี ที่ญี่ปุ่นถูกโจมตีด้วยระเบิดนิวเคลียร์
หน้า:1 ภัยพิบัติทางนิวเคลียร์ในประเทศญี่ปุ่น
หน้า:2 การออกแบบระเบิดนิวเคลียร์
หน้า:3 อีเท่ากับเอ็มซีกำลังสอง ไม่ใช่ระเบิดนิวเคลียร์
หน้าที่ 1 - ภัยพิบัติทางนิวเคลียร์ในประเทศญี่ปุ่น
ภัยพิบัติทางนิวเคลียร์ที่โด่งดังและเป็นข่าวติดหูมากที่สุดในยุคนี้ก็คงไม่พ้นเหตุการณ์ที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในประเทศญี่ปุ่นที่เคยเกิดขึ้นเมื่อ 11 มีนาคม พ.ศ. 2554 จากเหตุแผ่นดินไหวและคลื่นซึนามิครั้งร้ายแรงถล่มประเทศญี่ปุ่น โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟุกุชิมะไดอิชิได้รับความเสียหายจากภัยธรรมชาติครั้งนี้ จึงทำให้กัมมันตภาพรังสีรั่วไหลออกสู่พื้นที่โดยรอบ รัฐบาลญี่ปุ่นจำเป็นต้องอพยพประชาชนชาวญี่ปุ่นกว่า 2 แสนคนที่อยู่อาศัยในรัศมี 20 กิโลเมตร ต้องอพยพออกจากบริเวณที่ตั้งโรงไฟฟ้า เหตุการณ์ครั้งนี้ถือเป็นภัยทางนิวเคลียร์ที่ร้ายแรงที่สุดของประเทศญี่ปุ่นนับจากสงครามโลกครั้งที่สอง
รูปการระเบิดของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ฟุกุชิมะไดอิชิ
ภัยพิบัติทางนิวเคลียร์ของญี่ปุ่นครั้งนี้เป็นผลสืบเนื่องจากภัยธรรมชาติแตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับภัยที่เกิดขึ้นในช่วงสงครามโลกครั้งที่สอง
ญี่ปุ่นเป็นประเทศเดียวที่เคยถูกโจมตีด้วยอาวุธนิวเคลียร์ในสมัยสงครามโลกครั้งที่สอง สหรัฐอเมริกาได้โจมตีญี่ปุ่นด้วยอาวุธนิวเคลียร์ถึงสองครั้ง ครั้งแรก วันที่ 6 สิงหาคม ปี พ.ศ. 2488 และ โจมตีครั้งที่สองในอีกสามวันให้ลังคือวันที่ 9 สิงหาคม ดังนั้น ในวันที่ 6 และ 9 สิงหาคม ปี พ.ศ. 2555 จึงถือเป็นวันครบรอบ 67 ปี ที่ญี่ปุ่นถูกโจมตีด้วยระเบิดนิวเคลียร์
ลิตเติลบอย (Little Boy) เป็นชื่อของระเบิดนิวเคลียร์ ที่ถูกนำไปทิ้งเหนือเมืองฮิโรชิมา ของประเทศญี่ปุ่น เมื่อวันที่ 6 สิงหาคม โดยเครื่องบินทิ้งระเบินรุ่น B-29 Superfortress ชื่อ Enola Gay แห่งกองกำลังอากาศในกองทัพบกสหรัฐอเมริกา (ภายหลังได้ยกฐานะขึ้นเป็นกองทัพอากาศ) นับเป็นระเบิดนิวเคลียร์ลูกแรก ที่ใช้ในการสงคราม อีกสามวันถัดมา ระเบิดนิวเคลียร์ลูกที่สอง ซึ่งมีชื่อว่า แฟตแมน (Fat man) ถูกปล่อยจากเครื่องบินทิ้งระเบิดรุ่น B-29 Superfortress ชื่อ Bockscar เพื่อโจมตีเมืองนางาซากิของญี่ปุ่น
คนญี่ปุ่นและคนทั่วโลก ต่างรับรู้ถึงความน่ากลัวของระเบิดนิวเคลียร์
อำนาจการทำลายล้างของระเบิดนิวเคลียร์ แบ่งได้เป็น 2 ลักษณะ ลักษณะแรกคือการ ทำลายล้างอันเนื่องจากความร้อนและความดันอากาศ ซึ่งเกิดขึ้นทันทีที่ระเบิดทำงาน และ ลักษณะที่สองคือ อาการเจ็บป่วยอันเนื่องจากร่ายกายได้รับกัมมันตภาพรังสีในปริมาณสูง
ระเบิดที่สหรัฐอเมริกาใช้ตอนนั้น แรงระเบิดเกิดจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน หรือก็คือเป็นปฏิกิริยาที่ธาตุหนักสลายตัวเป็นธาตุเบา 2 ถึง 3 ธาตุ พร้อมทั้งมีนิวตรอน และปลดปล่อยพลังงานออกมาด้วย ระเบิดนิวเคลียร์ลิตเลิตบอยยูเรเนียมไอโซโทป 235 ส่วน ระเบิดแฟตแมนใช้พลูโตเนียม 239 เป็นเชื้อเพลิงของการระเบิด เชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะต้องผ่านกระบวนการทำให้ธาตุไอโซโทปดังกล่าวมีความเข้มข้นถึง 90% (เชื้อเพลิงนิวเคลียร์สำหร้บโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะใช้เฉพาะยูเรเนียม 235 ความเข้มข้นเพียง 3%) เชื้อเพลิงจะถูกเก็บไว้ให้อยู่ในสถานะมวลใต้วิกฤต ซึ่งยังไม่เกิดปฏิกิริยาฟิชชั่นลูกโซ่ การใช้งานเชื้อเพลิงนั้นต้องทำให้เชื้อเพลิงที่สถานะมวลใต้วิกฤตให้เปลี่ยนไปเป็นสถานะมวลวิกฤตยิ่งยวดก่อน เมื่อเชื้อเพลิงในสถานะมวลวิกฤตยิ่งยวดถูกยิงด้วยนิวตรอน เชื้อเพลิงยูเรเนียมเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ของการแตกตัวอย่างต่อเนื่อง พลังงานที่ปลดปล่อยจากกระบวนการการแตกตัวทั้งหมดรวมกันกลายเป็นพลังงานความร้อนและพลังงานแสงในปริมาณมหาศาล ความร้อนและแสงนี่เองที่เป็นอำนาจการทำลายล้างของการระเบิด
รูปแสดงการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันของธาตุยูเรเนียมไอโซโทป 235
หน้าที่ 2 - การออกแบบระเบิดนิวเคลียร์
ความพร้อมของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์
ไม่ใช่ว่าธาตุกัมมันตภาพรังสีทุกๆธาตุจะเหมาะสมสำหรับเป็นเชื้อเพลิงระเบิดนิวเคลียร์ และธาตุที่นำไปทำเป็นอาวุธนิวเคลียร์คือธาตุยูเรเนียมไอโซโทป 235 และ พลูโตเนียมไอโซโทป 239 การเตรียมเชื้อเพลิงนิวเคลียร์จากธาตุยูเรเนียมหรือพลูโตเนียมคือการเพิ่มความเข้มข้นของธาตุไอโซโทปนั้นๆได้มากพอ อีกสิ่งที่สำคัญของการเตรียมเชื้อเพลิงระเบิดนิวเคลียร์คือจะต้องรู้ว่าเงื่อนไขใด หรือสถานะใดที่ทำให้ธาตุอยู่ในสภาพมวลใต้วิกฤต มวลวิกฤต หรือ มวลวิกฤต ยิ่งยวด
ความวิกฤต (ใต้วิกฤต วิกฤต หรือ วิกฤตยิ่งยวด) จะบอกถึงจำนวนครั้งของการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน ถ้าธาตุอยู่ในสถานะใต้วิกฤต ปฏิกิริยานิวเคลียร์ในธาตุมีแนวโน้มที่จะหยุด หรือก็คือจำนวนครั้งที่เกิดปฏิกิริยาจะลดลงเมื่อเวลาผ่านไปเวลา เมื่อจำนวนครั้งลดลงจนเป็นศูนย์หมายถึงปฏิกิริยาได้หยุดลง สำหรับสถานะวิกฤต ปฏิกิริยานิวเคลียร์อยู่ในสถานะสมดุล จำนวนครั้งของการเกิดจะคงทีเมื่อเวลาผ่านไป และ สำหรับวิกฤตยิ่งยวด คือจำนวนครั้งของการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์เพิ่มขึ้นตามเวลาแบบทวีคูณ ปฏิกิริยานิวเคลียร์จะเกิดขึ้นเรื่อยๆจนกว่าเชื้อเพลิงจะหมดลง
เมื่อเชื้อเพลิงเกิดปฏิกิริยาในสถาพมวลวิกฤตยิ่งยวด การระเบิดจะปลดปล่อยอำนาจการทำลายล้างมหาศาลทั้งหมด (เท่าที่เชื้อเพลิงจะให้ได้) ออกมา และนี่คือ ระเบิดนิวเคลียร์
อีกความต่างของระเบิดนิวเคลียร์ลิตเติลบอย และ แฟตแมน อยู่ที่วิธีการจุดระเบิด
ลิตเติลบอย และ แฟตแมน ใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ที่ทำจากธาตุต่างกัน และยังมีวิธีจุดระเบิด (นิวเคลียร์) ที่แตกต่างกันด้วย
สำหรับลิตเติลบอย จะจุดระเบิดด้วยปืน ส่วนประกอบหลักที่เกียวข้องกับการจุดระเบิดได้แก่ จะมีเชื้อเพลิงยูเรเนียม 235 สถานะใต้มวลวิกฤตอยู่ 2 ชิ้น ชิ้นแรกจะอยู่บริเวณหัวส่วนชิ้นที่สองจะอยู่ที่หางของลูกระเบิดซึ่งจะคล้ายกับกระสุนของปืน อีกชิ้นส่วนคือตัวให้นิวตรอน
การจุดระเบิดคือ กระสุนยูเรเนียม 235 ด้านหางจะถูกยิงด้วยดินปืนไปรวมกับเชื้อเพลิงยูเรเนียม 235 ด้านหัว ยูเรเนียม 235 สถานะใต้มวลวิกฤตสองก้อนชนกันทำให้เชื้อเพลิงอยู่ในสถาพมวลวิกฤตยิ่งยวด เป็นสภาพที่ยูเรเนียมมีโอกาสแตกตัวสูงมาก ตัวให้นิวตรอนจะปลดปล่อยนิวตรอนออกมา เมื่อมีนิวตรอนวิ้งไปชนกับยูเรเนียมสถานะมวลวิกฤต ยูเรเนียมจะดูดกลืนนิวตรอนและแตกตัว และเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ ปลดปล่อยพลังทำลายล้างอันมหาศาลออกมา
รูปแสดงส่วนประกอบหลักๆใน ลิตเติลบอย กระสุนยู่เรเนียม (แสดงด้วยก้อนสีส้มรูปกรวย) ถูกยิงให้ไปชนกับยูเรเนียมส่วนหัวของระเบิด (ก้อนสีส้มอีกก้อนหนึ่ง)
สำหรับแฟตแมน เนื่องจากนี้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ของแฟตแมนจะเป็นพลูโตเนียม 239 แทนที่จะเป็นยูเรเนียม ถือได้ว่าแฟตแมนเป็นระเบิดนิวเคลียร์พลูโตเนียมยุคแรกเริ่ม การจุดระเบิดนิวเคลียร์จะใช้ระเบิด (จากดินระเบิด) แทนที่จะเป็นการยิงด้วยปืน ส่วนประกอบที่เกียวข้องกับการจุดระเบิดจะประกอบกันเป็นชั้นๆซ้อนกันเป็นรูปทรงกลม ชั้นนอกสุดจะเป็นชั้นของดินระเบิด ชั้นถัดไปจะเป็นชั้น Temper ทำจากยูเรเนียม 238 ชั้นของยูเรเนียมนี้จะมีไว้เพื่อส่งแรงจากระเบิดไปสู่พลูโตเนียมชั้นถัดไปอย่างสม่ำเสมอ ชั้นในสุดถัดจากยูเรเนียม 238 และพลูโตเนียมคือชั้นของเบอริลเลียมและโพโลเนียม ชั้นในสุดนี้ทำหน้าที่เป็นตัวให้นิวตรอน
การจุดระเบิดนิวเคลียร์ จะเริ่มจากสั่งให้ดินระเบิดชั้นนอกสุดระเบิด แรงระเบิดจะอัดเข้าสู่ภายใน Temper จะกระจายแรงอัดจากระเบิดสูดพลูโตเนียม เมื่อพลูโตเนียมได้รับแรงอัดจากระเบิด ความหนาแน่นจะเพิ่มขึ้นและเปลี่ยนจากสถานะมวลใต้วิกฤตไปเป็นมวลวิกฤตยิ่งยวด นอกจากนี้พลูโตเนียมยังถูกแรงระเบิดอัดจนไปรวมกับตัวให้นิวตรอน แล้วพลูโตเนียมรับนิวตรอน เกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ลูกโซ่ ปลดปล่อยพลังงานมหาศาลออกมา
รูปแสดงส่วนประกอบในแฟตแมน เปลือกสีส้มที่เห็นคือดินระเบิด เชื้อเพลิงนิวเคลียร์จะทำจากพลูโตเนียม แสดงด้วยชั้นสีน้ำเงิน
หน้าที่ 3 - อีเท่ากับเอ็มซีกำลังสอง ไม่ใช่ระเบิดนิวเคลียร์
ระเบิดนิวเคลียร์อาจเรียกได้ว่าเป็นอาวุธที่น่ากลัวแบบหนึ่งที่มนุษย์สร้างขึ้น มันเริ่มมีการใช้งานจริงในสงครามโลกครั้งที่สองโดยมีประเทศญี่ปุ่นเป็นเป้าหมาย ถ้าถามว่าใครกันนะที่สร้างอาวุธน่ากลัวชนิดนี้ จะมีหลายคนตอบทันทีว่า ไอน์สไตน์ ใช้สมการ E = mc2 ในการสร้างระเบิดนิวเคลียร์
ความรู้ของไอน์สไตน์เพียงคนเดียวคงจะไม่สามารถทำให้ระเบิดนิวเคลียร์เสร็จสมบูรณ์ได้ แม้ว่าไอน์สไตน์จะมีส่วนเกี่ยวข้องกับโครงการแมนฮัตตัน ภายหลังสงครามไอน์สไตน์ก็ได้อุทิศตัวเพื่อสันติภาพและต่อต้านการใช้อาวุธนิวเคลียร์
ความจริงไม่ได้เป็นอย่างนั้น ความจริงแล้วมีนักวิทยาศาสตร์หลายคนที่เกียวข้องกับการสร้างระเบิด อีกทั้งยังต้องใช้ความรู้ฟิสิกส์ด้านอื่นอีกหลายอย่าง จึงจะสามารถสร้างระเบิดนิวเคลียร์สำเร็จใช้งานได้
ความรู้เกี่ยวกับธาตุกัมมันตภาพรังสี (ความรู้พื้นฐานสำหรับเทคโนโลยีนิวเคลียร์) เริ่มจากการค้นพบการแผ่รังสีจากธาตุยูเรเนียมโดยนักเคมีชาวฝรังเศษชื่อ Henry Becquerel ในปี 1896 (J.J. Thomson ค้นพบอิเล็กตรอนเมื่อปี 1897) หลังจากนั้น ความรู้เรื่องแบบจำลองอะตอม และความรู้เรื่องการแผ่รังสี ก็ได้รับการพัฒนาไปพร้อมๆกัน
จนกระทั่งเมื่อปี 1905 เป็นปีที่ อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) เสนอแนวคิดความเท่าเทียมกันของมวลและพลังงาน (Mass-energy equivalence) ตามสมการ E = mc2 แต่ในขณะนั้นความรู้ด้านการแผ่รังสีของธาตุยังไม่มีความก้าวหน้ามากนัก เพราะว่าสมัยนั้นยังมีการใช้แบบจำลองอะตอมของทอมสัน ซึ่งยังห่างไกลจากความสมบูรณ์ อีกทั้งยังไม่มีแนวคิดเรื่องนิวเคลียสของอะตอม
ภายหลังจีงมีการใช้แบบจำลองอะตอมของ Rutherford ต่อมา ในปี 1932 James Chadwick ได้ค้นพบอนุภาคนิวตรอนซึ่งเป็นอนุภาคที่มีอยู่ในนิวเคลียส จึงมีแบบจำลองอะตอมที่ประกอบมีกลุ่มอิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียส และนิวเคลียสจะประกอบด้วยกลุ่มของโปรตรอนและกลุ่มของนิวตรอน นักวิทยาศาสตร์สามารถคำนวณพลังงานที่ยึดเหนี่ยวแต่ละอนุภาคในนิวเคลียสได้ พบว่า พลังงานยึดเหนี่ยวคำนวณได้จากผลต่างระหว่างมวลของนิวเคลียสและมวลรวมของโปรตอนและนิวตรอนทั้งหมดที่ประกอบเป็นนิวเคลียสนั้น ตามสมการ E = mc2 ของไอน์สไตน์
แบบจำลองอะตอมที่มีอนุภาคอิเล็กตรอนอยู่รอบๆนิวเคลียส และนิวเคลียส์ประกอบด้วยโปรตรอนและนิวตรอน
สมการ E = mc2 ของไอน์สไตน์สามารถคำนวณหาพลังงานยึดเหนี่ยวของอนุภาคในนิวเคลียสได้ ไม่ใช่สมการที่มีไว้ใช้สร้างระเบิดนิวเคลียร์ ในทางกลับกัน ความรู้เรื่องความเท่าเทียมมวลพลังงานเพียงอย่างเดียว ไม่สามารถสร้างอาวุธนิวเคลียร์ได้
ยังมีความรู้ที่จำเป็นอื่นๆอีกสำหรับการสร้างระเบิดนิวเคลียร์ เช่น การสร้างเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ทั้งโดยยูเรเนียม 235 และ พลูโตเนียม 239 ให้ได้จำนวนมากพอ การควบคุมสถาพวิกฤตลองเชื้อเพลิงให้ได้ตามที่ต้องการ รวมถึงการออกการจุดระเบิด และอื่นๆอีกหลายๆด้าน การพัฒนาความรู้ต่างๆสำหรับการสร้างระเบิดในยุคสงครามโลกครั้งที่ 2 ในสหรัฐอเมริกา เป็นผลของความร่วมมือกันระหว่าง กลุ่มนักฟิสิกส์ชั้นนำของโลก และกลุ่มทหารช่างอเมริกา ภายใต้โครงการแมนฮัตตัน (Manhattan project)
ทีมนักฟิสิกส์ในโครงการแมนฮัตตัน จากซ้ายไปขวา นีลล์ โบร์ ถัดไป โรเบิร์ต ออปเพนไฮเมอร์ คนถัดไป ริชาร์ด ไฟยน์แมน และ เอนริโก แฟร์มี
มาถึงตอนนี้สงครามได้จบแล้ว โศกนาฎกรรมจากอาวุธนิวเคลียร์ที่ประเทศญี่ปุ่นก็ได้ผ่านพ้นไปถึง 66 ปีแล้ว คงจะเป็นการเสียเวลาเปล่าๆที่จะมาเถียงกันว่าสหรัฐอเมริกาทำถูกหรือทำผิด ไอน์สไตน์คิดถูกหรือคิดผิด ยุคนี้เป็นยุคของ พลังงานปรมาณูเพื่อสันติ เป็นการใช้ประโยชน์จากพลังงานนิวเคลียร์ในทางสร้างไม่ใช่การทำลาย ในประเทศไทยเราก็ได้มีเทคโนโลยีนิวเคลียร์ใช้ในการพัฒนา ทั้งด้านการเกษตร ด้านการแพทย์ และอื่นๆ อีกทั้งยังมีความเป็นไปได้ไม่มากก็น้อย ที่ไทยจะมีโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ ดังนั้นพลังงานนิวเคลียร์จึงไม่ใช่สิ่งไกลตัวเลย
พลังงานนิวเคลียร์จะเป็นพลังงานที่สร้างสรรค์ตราบที่มันไม่ได้ถูกนำมาใช้เพื่อสงคราม