Nuclear Science
STKC 2554

6 นักวิทยาศาสตร์ผู้พลิกประวัติศาสตร์นิวเคลียร์โลก

ปฐมบท

สุรศักดิ์ พงศ์พันธุ์สุข
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

        ปฐมบทของการค้นหาพลังงานนิวเคลียร์ก็คือ ค้นพบ ปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) โดยเรื่องเริ่มต้นจากการค้นพบรังสีเอกซ์จากการศึกษาทดลองกับหลอดรังสีแคโทด (cathode ray tube เรียกสั้น ๆ ว่า CRT หรือหลอดซีอาร์ที) ของนักฟิสิกส์ชาวเยอรมันชื่อว่าวิลเฮล์ม คอนราด เรินต์เกน (Wilhelm Conrad Roentgen) เมื่อปลาย ค.ศ. 1895 จากนั้นการค้นพบอื่น ๆ ที่เกิดขึ้นตาม ๆ กันมาเป็นลูกโซ่ โดยที่ปลายโซ่ก็คือ การค้นพบและใช้ประโยชน์พลังงานนิวเคลียร์

          จากการค้นพบรังสีเอกซ์ของเรินต์เกนนี้เอง ที่เกิดการเชื่อมต่อมาสู่โซ่ข้อแรกของการค้นพบทางนิวเคลียร์ โดยในการประชุมประจำสัปดาห์ของบัณฑิตยสถานสำนักวิทยาศาสตร์ประเทศฝรั่งเศส เมื่อวันที่ 20 มกราคม 1896 อองรี ปวงกาเร (Henri Poincar?) ได้นำเรื่องการค้นพบรังสีเอกซ์ พร้อมภาพเอกซเรย์กระดูกของเรินต์เกน มาอธิบายในที่ประชุม และตั้งข้อสังเกตว่า รังสีเอกซ์จะถูกปลดปล่อยออกมาจากวัตถุเปล่งแสงอื่นใดได้ด้วยหรือไม่ ซึ่ง อองรี แบ็กเกอแรล (Henri Becquerel) ได้นั่งฟังอยู่ด้วยความสนใจ และเขาเหมาะกับโจทย์ข้อนี้ที่สุด เพราะว่า พ่อของแบ็กเกอแรลเป็นผู้เชี่ยวชาญเรื่องการเรืองแสง (phosphorescence) มาก่อน และตัวเขาเอง ก็มีความชำนาญด้านนี้ รวมทั้งศาสตร์ด้านการถ่ายรูปด้วย นอกจากนี้เขายังมีวัสดุเรืองแสง (phosphorescence material) เก็บไว้หลายชนิด ดังนั้น แทบจะในวันรุ่งขึ้น แบ็กเกอแรลก็เริ่มงานค้นหารังสีเอกซ์จากวัสดุเรืองแสง ที่เขามีอยู่ในทันที

วิลเฮล์ม คอนราด เรินต์เกน

อองรี แบ็กเกอแรล

          การเรืองแสงเป็นปรากฏการณ์ที่เกิดกับวัสดุเรืองแสง เช่น ฟอสฟอรัส ซึ่งเมื่อได้รับพลังงานโดยอาจจะเป็น แสงอาทิตย์ ก็ได้ มันจะคายพลังงานนั้นกลับออกมาเห็นเป็นแสงสว่างเรืองเป็นเวลาสั้น ๆ ดังนั้นการทดลองของ แบ็กเกอแรล ก็คือ หาว่าแสงเรืองใดที่มีพลังงานทะลุทะลวงสูงเช่นเดียวกับรังสีเอกซ์

          วิธีทดลองของแบ็กเกอแรลก็โดยใช้แผ่นไวแสง (กระจกเคลือบด้วยสารประกอบเงินโบรไมด์) ห่อด้วยกระดาษดำ แล้ววางวัสดุเรืองแสงไว้ด้านบน จากนั้นก็นำไปตากแดดให้เกิดการเรืองแสงสักพักใหญ่ หากแสงเรืองจากวัสดุชนิดใด สามารถทะลุผ่านกระดาษดำเข้าไปได้ ก็จะทำให้เกิดเป็นรอยฝ้าดำบนแผ่นไวแสงได้ (ต้องเอาไปล้างแบบล้างฟิล์มก่อน จึงจะเห็น) เขาทดลองกับวัสดุเรืองแสงทุกชนิดที่มีอยู่แต่ไม่ประสบความสำเร็จ ยังขาดแต่สารยูเรนิลโพแทสเซียมซัลเฟต ที่มีผู้อื่นยืมไปและเพิ่งนำมาคืนภายหลัง แบ็กเกอแรลจึงได้ทดลองกับวัสดุชนิดนี้ที่มียูเรเนียมเป็นองค์ประกอบ ราวกลางเดือนกุมภาพันธ์ 1896 และเป็นแสงเรืองชนิดเดียวที่ทำให้แผ่นไวแสงเกิดฝ้าดำ ๆ ได้

          ในการทดลองซ้ำโดยเพิ่มชั้นความหนาของกระดาษดำ ปรากฏว่าท้องฟ้าเหนือกรุงปารีสตอนปลายเดือน กุมภาพันธ์ ที่กำลังหมดฤดูหนาวและย่างเข้าฤดูใบไม้ผลินั้น มีแต่เมฆติดต่อกันหลายวันจนแทบไม่มีแสงแดดเลย ตัวอย่างของแบ็กเกอแรลจึงถูกแดดเพียงเล็กน้อย ในที่สุดเขาก็เก็บตัวอย่างนั้นไว้ในลิ้นชักนานสามวันติด ๆ กันระหว่างวันที่ 27 ถึง 29 กุมภาพันธ์ (เป็นปีอธิกสุรทิน) พอถึงวันที่ 1 มีนาคม 1896 ซึ่งเป็นวันที่สี่แล้ว ก็ยังไม่มีแดดอีกเช่นเดิม แต่อย่างไรก็ดี ในวันนั้นเขาก็นำแผ่นไวแสงออกมาตรวจสอบ และก็ต้องประหลาดใจที่พบว่า เกิดฝ้าดำเข้ม ผิดกับที่เขาคาดตอนต้นว่าควรมีฝ้าเพียงเล็กน้อยจากแดดอ่อนในวันแรก ๆ ของการทดลอง ด้วยความเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่ดี แบ็กเกอแรลตระหนักว่าเขาได้ค้นพบครั้งสำคัญแล้วว่า สารยูเรเนียมของเขา ได้แผ่รังสีลึกลับออกมาด้วยตัวของมันเอง ไม่ใช่จากการเรืองแสงเมื่อได้รับแสงแดดแต่ประการใด

 
 
บันทึกอากาศที่ปารีส 0-เมฆน้อย ถึง10 เมฆมาก
   
 
 
แผ่นไวแสงของแบ็กเกอแรลเกิดฝ้าสีดำจากกัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียม

          ในวันรุ่งขึ้นแบ็กเกอแรลได้ประกาศการค้นพบครั้งนี้ที่บัณฑิตยสถาน และต่อมา มารี กูรี (Marie Curie) ได้นำเรื่องนี้มาศึกษาต่อเป็นหัวข้อวิทยานิพนธ์ปริญญาเอกโดยมีสามีชื่อ ปีแอร์ กูรี (Pierre Curie) เป็นผู้ช่วย ซึ่งทั้งคู่พบว่ายูเรเนียมมีการแผ่รังสีออกมาเองอย่างสม่ำเสมอและตลอดเวลา และในเวลาต่อมากยังพบธาตุใหม่อีก 2 ธาตุคือ เรเดียม และ พอโลเนียม ที่แผ่รังสีเช่นเดียวกับยูเรเนียมแต่รังสีมีความแรงกว่ากันมาก นี่เองคือที่มา ของธาตุหรือสารกัมมันตรังสี และมาดามคูรีได้ตั้งชื่อปรากฏการณ์การแผ่รังสีของสารกัมมันตรังสีนี้ว่า กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) ทั้งหมดนี้ทำให้แบ็กเกอแรลและสามีภรรยากูรีได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 1903 ร่วมกัน


ปัจจุบันเป็นที่ทราบกันแล้วว่า ปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสี เกิดจากนิวเคลียสของ อะตอมสารกัมมันตรังสี ที่ไม่คงตัว จึงเกิดการสลายมวลของนิวเคลียสทีละน้อย กลายเป็นพลังงาน ที่ปล่อยออกมาในรูปของรังสีชนิดต่าง ๆ ดังนั้นการค้นพบปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสีจึงเป็น โซ่ข้อแรก ของ โซ่ข้อต่อ ๆ ไป ที่มีชื่อของบุคคลโผล่ขึ้นมานับสิบที่จะเชื่อมไปสู่การค้นพบหลัก ๆ อันได้แก่ การค้นพบที่นำไปสู่การค้นพบนิวเคลียสของอะตอม และการชักนำพลังงานนิวเคลียร์จาก ภายในนิวเคลียสของอะตอม ออกมาใช้ให้เกิดประโยชน์

 
โพสต์เมื่อ : 4 เมษายน 2554