ยูเรเนียม 220 ปี
สุรศักดิ์  พงศ์พันธุ์สุข
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)
ผู้ค้นพบธาตุยูเรเนียมเป็นนักเคมีชาวเยอรมันชื่อมาร์ติน คลัพโรท (Martin Klaproth) เมื่อ ค.ศ. 1789 ก็คือเมื่อ 220 ปีมาแล้ว เขาพบธาตุนี้จากในสินแร่พิตช์เบลนด์ ที่เป็นแร่หนักสีดำซึ่งคนในสมัยนั้นยังสับสนปนเปกับแร่นี้ บ้างก็ว่าเป็นแร่สังกะสี บ้างก็ว่า เป็นแร่เหล็ก หรือบ้างก็ว่าเป็นแร่ทังสเตน
มาร์ติน คลัพโรท
วิลเลียม เฮอร์เชล

เมื่อแรกที่ค้นพบเขาก็คิดจะตั้งชื่อธาตุตามชื่อตนเองว่า คลัพโรเทียม (Klaprothium) แต่ก็ประกาศว่า “ จนกว่าจะมีชื่อที่ดีกว่า” แล้วก็ได้ชื่อโดยขุดเอาธรรมเนียมเก่าตั้งแต่ยุคกลางมาใช้ ที่นักเล่นแร่แปรธาตุยุคกลางใช้วิธีเรียกชื่อธาตุสำคัญ 7 ธาตุ ที่รู้จักกันดีขณะนั้นตามชื่อของดวงดาว 7 ดวง ที่คนสมัยนั้นเห็นบนท้องฟ้าได้ด้วยตาเปล่า เช่น ธาตุทองคำก็ใช้ชื่อ “Sol” ภาษาละตินแปลว่าดวงอาทิตย์ และเรียกธาตุเงินว่า “Luna” ภาษาละตินแปลว่าดวงจันทร์ โดยก่อนหน้าคลัพโรทค้นพบ ยูเรเนียม 8 ปี คือในปี 1981 นักดาราศาสตร์ชั้นแนวหน้าชาวอังกฤษที่อพยพมาจากเยอรมนี ชื่อวิลเลียม เฮอร์เชล (William Herschel) ใช้กล้องส่อง (ไม่ใช่ด้วยตาเปล่าอย่างคนยุคโบราณ) พบดาวเคราะห์ดวงใหม่ล่าสุดและตั้งชื่อว่ายูเรนัส (Uranus) ตามชื่อเทพแห่งท้องฟ้าของกรีกคือ Ouranos ดังนั้น คลัพโรทก็ตัดใจตั้งชื่อธาตุที่เขาค้นพบนี้ว่า “ ยูเรเนียม” (uranium)

เวลาผ่านไป 107 ปี ลุถึง ค.ศ. 1896 ยูเรเนียมค่อยเริ่มมีบทบาทสำคัญขึ้นมา เมื่อนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่ออองรี แบ็กเกอแรล (Henri Becquerel) ค้นพบว่ายูเรเนียมสามารถแผ่รังสีออกมา เรียกปรากฏการณ์นี้ว่า “ กัมมันตภาพรังสี” (radioactivity) นับแต่นั้นยูเรเนียมจึงได้ชื่อว่าเป็น “ ธาตุกัมมันตรังสี” และสร้างกระแสการค้นคว้าในหมู่นักวิทยาศาสตร์อย่างคึกคัก จนมีการค้นพบที่สำคัญอีกหลายประการ อาทิเช่น

  • พบว่าธาตุทอเรียมที่เบอร์เซเลียส (Berzelius) ค้นพบมาตั้งแต่ ค.ศ. 1828 ก็เป็นธาตุกัมมันตรังสีด้วย และในปี 1898 มาดามคูรีกับสามีคือปีแอร์ คูรี ก็ค้นพบธาตุใหม่อีก 2 ธาตุและเป็นธาตุกัมมันตรังสีทั้งคู่คือ “ พอโลเนียม” (polonium) และ “ เรเดียม” (radium)
  • ระยะนั้นนักวิทยาศาสตร์มากมายศึกษาปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียมและทอเรียม โดยใน ค.ศ. 1902 เฟรเดอริก ซ็อดดี (Frederick Soddy) และเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด (Ernest Rutherford) ก็สามารถสรุปได้ว่า เมื่อยูเรเนียมหรือทอเรียมแผ่รังสีออกมาแล้ว ได้แปรไปเป็นอีกธาตุกัมมันตรังสีอีกธาตุหนึ่ง ซึ่งก็แผ่รังสีแล้วก็แปรธาต ุต่อไปอีกเป็นทอด ๆ จนกลายเป็นธาตุเสถียร (ตามปกติคือธาตุตะกั่ว) จึงหยุดแผ่รังสีและไม่เกิด “ การแปรธาตุ” (transmutation) อีกต่อไป ซึ่งลักษณะเช่นนี้ก็คือการเสื่อมสลายลงของธาตุตั้งต้น การแปรธาตุเป็นทอด ๆ นี้ก็ได้ชื่อ เรียกว่า “ การสลายกัมมันตรังสี” (radioactive decay หรือ decay เฉย ๆ) และชุดของธาตุจากการสลายกัมมันตรังสี ของยูเรเนียมและทอเรียม ก็เรียกเป็นเป็น “ อนุกรมกัมมันตรังสี” (radioactive series) หรือเรียกได้อีกอย่างหนึ่งว่า "ลูกโซ่การสลายกัมมันตรังสี” (decay chain)
เฟรเดอริก ซ็อดดี
เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด
อนุกรมยูเรเนียม
  • จากการศึกษาอนุกรมกัมมันตรังสีอย่างคร่ำเคร่งของซ็อดดี พอถึง ค.ศ. 1913 เขาก็สรุปได้ว่าอะตอมของธาตุเดียวกัน อาจมีน้ำหนักต่างกันได้ (ภายในนิวเคลียสมีจำนวนโปรตอนเท่ากัน แต่มีจำนวนนิวตรอนไม่เท่ากัน) และเขาเรียกอะตอม พวกนี้ว่า “ ไอโซโทป” (isotope)

ต่อมา ค.ศ. 1939 ชาวเยอรมันสองคนคือ ออทโท ฮาน (Otto Hahn) และฟริทซ์ ชตราสส์มันน์ (Fritz Strassmann) ได้ทดลองระดมยิงอะตอมธาตุยูเรเนียมด้วยอนุภาคนิวตรอน และได้ค้นพบว่า นิวตรอนสามารถทำให้นิวเคลียสของอะตอม ยูเรเนียมแบ่งแยกออกเป็นสองเสี่ยงได้ โดยกลายเป็นนิวเคลียสของอะตอมแบเรียมและคริปทอน เรียกว่าเกิดปฏิกิริยา "แบ่งแยกนิวเคลียส” (nuclear fission) ซึ่งปลดปล่อยพลังงานออกมาด้วย ซึ่งต่อมานักวิทยาศาสตร์ก็สามารถสร้างอุปกรณ์ ที่เรียกว่า “ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์” (nuclear reactor หรือ reactor เฉย ๆ) ที่สามารถต่อท่อเอาพลังงานนี้ที่เรียกว่า "พลังงานนิวเคลียร์” (nuclear energy) ออกมาผลิตกระแสไฟฟ้าได้ โดยมียูเรเนียมเป็น “ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์” (nuclear fuel) ชั้นยอดนั่นเอง

ออทโท ฮาน
ฟริทซ์ ชตราสส์มันน์

นับตั้งแต่ปี 1945 ที่โรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ (nuclear power plant) แห่งแรกของโลกชื่อ Obninsk ประเทศรัสเซีย ได้เริ่มเปิดดำเนินการเป็นต้นมา ถึงปัจจุบันทั้งโลกมีสัดส่วนการผลิตไฟฟ้าจากโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์มากกว่า 400 โรง คิดเป็นประมาณ 17 เปอร์เซ็นต์ หรือมากกว่า 2,600 ล้านกิโลวัตต์-ชั่วโมงต่อปี

Basic facts about Nuclear Power Plants in the World

Number of operating NPPs in August   2008  

439

First NPP

Obninsk , Russia , 1954

Most powerful NPP

Chooz , France , 1500 MW Ignalina , Lithuania , 1500 MW

Share of nuclear energy in world energy production

15%

Nuclear energy produced in 2006

2.658 TWh

Number of years of operation to January 2008

10,677

Number of countries with operating NPPs

30

Number of NPPs under construction (August 2008)

35

Number of NPPs that started operation in year 2007

3

Number of shut down NPPs

119

Number of decommissioned NPPs 

17

( http://www.icjt.org/an/tech/jesvet/jesvet.htm )

คลัพโรทได้ชื่อว่า "บิดาแห่งเคมีวิเคราะห"์ (the father of analytic chemistry ) คงเป็นเพราะความสามารถอันเอกอุของเขา เห็นได้จากการที่เขาสามารถค้นพบธาตุใหม่ ๆ หลายธาตุ โดยเมื่อ ค.ศ. 1789 ก่อนที่เขาค้นพบยูเรเนียมนั้น เขาค้นพบธาต ุเซอร์โคเนียมจากสินแร่เซอร์โคเนีย และต่อมายังค้นพบธาตุใหม่อีก 2 ธาตุคือ ไทเทเนียม (ค.ศ. 1795) และซีเรียม (ค.ศ. 1803) สำหรับธาตุเทลลูเรียม (ค.ศ. 1798) ผู้ค้นพบส่งตัวอย่างมาให้ และเขาเป็นผู้ทดสอบยืนยันการค้นพบว่าเป็นธาตุใหม่ และก็คงเห็นแล้วว่า นับแต่การค้นพบโดยคลัพโรทแล้ว ยูเรเนียมได้มีบทบาทกับผู้คนบนโลกใบนี้มาอย่างยาวนานจนถึงปัจจุบัน และในปี 2009 นี้...

ก็เป็นปีที่การค้นพบยูเรเนียมเวียนมาครบ 220 ปีพอดี