Nuclear Science
STKC 2554

6 นักวิทยาศาสตร์ผู้พลิกประวัติศาสตร์นิวเคลียร์โลก

ออทโท ฮาน (Otto Hahn)ผู้ค้นพบการแบ่งแยกนิวเคลียส

สุรศักดิ์ พงศ์พันธุ์สุข
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

            ออทโท ฮาน (Otto Hahn) เป็นผู้บุกเบิกด้านเคมีรังสี (radiochemistry) และเขาได้ชื่อว่าเป็น “บิดาแห่งวิชาเคมีนิวเคลียร์” (the father of nuclear chemistry) และ “ผู้ก่อตั้งยุคปรมาณู” (founder of the atomic age) ฮานเป็นคนเงียบ ๆ และถ่อมตัว แต่ฝีมือของเขาเป็นเอก พิสูจน์ได้จากนักวิทยาศาสตร์นับสิบ ที่แข่งทำการทดลองแบบเดียวกัน แต่สุดท้ายฮานเป็นผู้ไขกุญแจ สู่ พลังงานนิวเคลียร์ ที่ซ่อนอยู่ในนิวเคลียสของอะตอม ได้สำเร็จ

          ฮานเกิดเมื่อวันที่ 8 มีนาคม ค.ศ. 1879 ที่ถนนไมน์ในเมืองแฟรงค์เฟิร์ท บิดาชื่อว่า ไฮน์ริช ฮาน (Heinrich Hahn) เป็นช่างกระจกหน้าต่าง แม่ชื่อ ชาร์ลอทท์ กีเซอ (Charlotte Hahn, n?e Giese) และมีน้องชาย 3 คน ฮานเริ่มสนใจวิชาเคมีตั้งแต่อายุได้ 15 ปี และทำการทดลองง่าย ๆ ในห้องซักผ้าที่บ้าน ปี 1897 หลังเรียนจบมัธยมปลาย เขาไปเรียนต่อมหาวิทยาลัย โดยเลือกเรียนวิชาเคมีที่ มหาวิทยาลัยมาร์บูร์ก (Marburg University) และปีที่ 3 และ 4 ไปเรียนที่ มหาวิทยาลัยมิวนิก (Munich University) ปี 1901 ฮานได้รับปริญญาเอกที่มาร์บูร์กด้านเคมีอินทรีย์ (organic chemistry) จากนั้นฮานได้งานเป็นผู้ช่วยในสถาบันเคมีที่มาร์บูร์กนั่นเอง และทำงานที่นั่นอยู่ 2 ปี หลังจากนั้นเขาตั้งใจว่า จะทำงานในบริษัทเกี่ยวกับอุตสาหกรรมเคมีที่มีเครือข่ายระหว่างประเทศ ทำให้เขาต้องการพัฒนาภาษาอังกฤษของเขา ดังนั้นระหว่างฤดูใบไม้ร่วงจนถึงฤดูร้อนปี 1904 เขาจึงเดินทางไปประเทศอังกฤษ และได้ทำงานกับ เซอร์วิลเลียม แรมเซย์ (Sir William Ramsay เป็นผู้ค้นพบแก๊สเฉื่อยหลายชนิด) ที่มหาวิทยาลัย University College ในลอนดอน ซึ่งเพียงไม่นานเขาก็แสดงให้เห็นทักษะในฐานะนักวิจัยฝีมือดี โดยประสบความสำเร็จสามารถค้นพบสารกัมมันตรังสี "ชนิดใหม่" คือ radiothorium (ทอเรียม-228) ขณะกำลังเตรียมเกลือเรเดียมให้บริสุทธิ์

          ในระยะนั้น เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด (Ernest Rutherford) เป็นหัวขบวนนำการศึกษา ปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสี (radioactivity) ซึ่งธาตุกัมมันตรังสีเกิดการแปรธาตุจากธาตุหนึ่งเป็นอีกธาตุหนึ่งเป็นทอด ๆ จนกว่าจะแปรเป็นธาตุที่เสถียร เช่น ตะกั่ว ลำดับธาตุทั้งหมดนี้เรียกว่า อนุกรมกัมมันตรังสี (radioactive series) ดังนั้นการค้นพบ radiothorium ก็คือการค้นพบไอโซโทป (ในขณะนั้นยังไม่ทราบกันว่าแต่ละธาตุมีได้หลายไอโซโทป คำนี้บัญญัติขึ้นใช้ในปี 1913 โดย เฟรเดอริก ซอดดี (Frederick Soddy)) หนึ่งของธาตุทอเรียมที่มีกัมมันตภาพรังสี แต่ไม่ได้เป็นการค้นพบธาตุใหม่ อย่างไรก็ดี การค้นพบเช่นนี้แสดงถึงความสามารถด้านวิชาเคมี  และความละเอียดลออ ของบุคคลนั้น

          ระหว่างฤดูใบไม้ผลิปี 1905 ข้ามไปถึงฤดูร้อนของปี 1906 ฮานย้ายไปอยู่ที่สถาบันฟิสิกส์มหาวิทยาลัยแมกกิลล์ (McGill) เมืองมอนทรีออล ประเทศแคนาดา โดยทำงานเป็นลูกมือของ รัทเทอร์ฟอร์ด การย้ายไปครั้งนี้จากการแนะนำ ของ เซอร์แรมเซย์ ซึ่งให้คำรับรองกับรัทเทอร์ฟอร์ดว่าฮานเป็นคนทำงานเก่งมาก ซึ่งในระยะเวลาสั้น ๆ ที่นี่ฮานค้นพบ radioactinium และช่วยรัทเทอร์ฟอร์ดตรวจสอบรังสีแอลฟาจาก radiothorium และ radioactinium รัทเทอร์ฟอร์ด พอใจผลงานของฮานถึงกับกล่าวว่า “ฮานมีจมูกไว ว่ามีธาตุใหม่ ๆ แอบซุกอยู่ที่ไหน” จากนั้นฮานก็ย้ายกลับ ไปยุโรปที่ มหาวิทยาลัยเบอร์ลิน ในประเทศเยอรมนีบ้านเกิด โดยทำงานที่ สถาบันเคมี และได้บรรจุเป็นอาจารย์ในปี 1907 ผลงานในปีนี้คือการค้นพบ mesothorium I (ก็คือ เรเดียม-228 สำหรับก่อนหน้านี้ที่มาดามคูรีและสามีค้นพบก็คือ เรเดียม-226) และ mesothorium II จากการค้นพบ mesothorium I นี้ มีผู้เสนอชื่อเขาเข้ารับรางวัลโนเบลด้วย ก็เพราะการมีความสามารถสูงเช่นนี้ ฮานจึงก้าวหน้า ในมหาวิทยาลัยอย่างรวดเร็ว

          ที่เบอร์ลินนี้เอง ฮานกำลังมองหาผู้ร่วมงานและได้พบกับ ลิเซอ ไมท์เนอร์ (Lise Meitner เป็นผู้หญิงคนที่สอง ที่ได้รับปริญญาเอกด้านวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเวียนนา ประเทศออสเตรีย เมื่อปี 1905) ซึ่งมาฟังการบรรยายของ มัคซ์ พลังค์ ที่เบอร์ลิน พอถึงปลายปี 1907 ไมท์เนอร์ก็ย้ายจากเวียนนามาที่เบอร์ลิน และได้ร่วมงานกับฮาน โดยในปีแรกทั้งคู่ต้องดัดแปลงโรงช่างไม้เป็นห้องทดลอง เนื่องจากมหาวิทยาลัยไม่ยอมรับให้ "ผู้หญิง" ทำงาน อย่างเป็นทางการ ต่อมาไมท์เนอร์ได้กลายเป็นผู้ร่วมงานกับฮานอยู่นานกว่า 30 ปีและเป็นเพื่อนสนิทกันไปตลอดชีวิต ผลงานที่ทั้งคู่ทำร่วมกันก็มี การดูดกลืนและสเปกตรัมแม่เหล็กของรังสีบีตา การใช้ การสะท้อนกลับเชิงกัมมันตรังสี (radioactive recoil คือการสะท้อนกลับหลังของนิวเคลียสในทิศทางตรงกันข้ามกับที่ปลดปล่อยอนุภาคแอลฟาออกไป) เพื่อให้เกิดการแปรธาตุใหม่ ๆ

 
 
ลิเซอ ไมท์เนอร์
          ปี 1910 ฮานได้รับตำแหน่งศาสตราจารย์ พอถึงปี 1912 ทีมของฮานย้ายไปที่ สถาบันเคมีไกเซอร์วิลเฮล์ม (Kaiser Wilhelm Institute for Chemistry) ซึ่งเพิ่งตั้งขึ้นใหม่ในเบอร์ลิน โดยฮานเป็นหัวหน้าภาควิชาเกี่ยวกับรังสี และภายหลังได้เป็นผู้อำนวยการสถาบันนี้ยาวนานถึง 18 ปี
 
 
สถาบันเคมีไกเซอร์วิลเฮล์ม ปัจจุบันคือ “อาคารออทโทฮาน” ของมหาวิทยาลัย Freie Universit?t
          ปี 1911 ฮานไปร่วมการประชุมทางวิชาการที่โปแลนด์และได้พบกับ เอดิท ยุงฮานส์ (Edith Junghans) นักศึกษาวิชาศิลปะ พอถึงปี 1913 (วันที่ 22 มีนาคม) ทั้งคู่ก็แต่งงานกันและมีลูกชายโทนชื่อ ฮานโน (Hanno)
 
 
ออทโท ฮานเล่นกีตาร์อยู่ท้ายรถบรรทุกนำทหารไปสู่แนวหน้าระหว่างสงครามโลกครั้งที่ 1

          ระหว่างปี 1914 ถึง 1918 งานของฮานชะงักไปจากการต้องไปรบในสงครามโลกครั้งที่ 1 โดยไม่ต้องออกรบ แต่ได้เป็นผู้เชี่ยวชาญอาวุธเคมีคือการใช้ แก๊สคลอรีน และ แก๊สมัสตาร์ด ส่วนไมท์เนอร์ก็ไปเป็นพยาบาลอาสาด้าน รังสีเอกซ์ ในกองทัพออสเตรีย และทั้งคู่กลับมาร่วมงานกันอีกในปี 1918 คราวนี้ได้ค้นพบธาตุ โพรแทกทิเนียม (protactinium) ซึ่งเป็นธาตุแม่อายุยาวใน อนุกรมกัมมันตรังสีแอกทิเนียม (actinium series) ฮานได้เปรียบจากการเป็น นักเคมี ทำให้ค้นพบไอโซโทปได้มากกว่านักฟิสิกส์ทั่วไป ดังนั้นต่อมาเขาก็ยังค้นพบ uranium Z (โพรแทกทิเนียม-234) ซึ่งกรณีนี้เป็นกรณีแรกของการค้นพบอะตอมชนิดที่เรียกว่า “ไอโซเมอร์” (isomer คือนิวไคลด์ที่มีจำนวนนิวตรอน และโปรตอนเท่ากัน แต่มีสถานะพลังงานต่างกันได้ จากผลงานนี้ฮานได้รับการเสนอชื่อเข้ารับรางวัลโนเบล อีกครั้งหนึ่ง) ต่อมาฮานก็นำเอากรรมวิธีทางกัมมันตรังสี มาประยุกต์ตรวจสอบการดูดกลืนและการตกตะกอน ของสารในปริมาณที่ต่ำมาก ๆ ได้ ตลอดจนการตรวจสอบการตกผลึกว่าปกติหรือผิดปกติ เป็นต้น

          ต้นคริสต์ทศวรรษ 1920 ฮานริเริ่มการใช้การแผ่รังสีที่เรียกว่า emanation method มาใช้วิเคราะห์ ปริมาณของสารต่าง ๆ เกิดเป็น “ศาสตร์ใหม่” เรียกว่า “เคมีรังสีประยุกต์” (Applied Radiochemistry) นอกจากนี้ ฮานยังพัฒนาการใช้ธาตุสตรอนเชียมสำหรับหาอายุทางธรณีวิทยาด้วย

          ปี 1924 ฮานได้รับเลือกเป็นภาคีสมาชิก บัณฑิตยสถานแห่งปรัสเซีย (Prussian Academy of Sciences) จากการเสนอของหลาย ๆ คนรวมทั้ง แอลเบิร์ต ไอน์สไตน์ (Albert Einstein) และ มัคซ์ พลังค์ (Max Planck)

          ระหว่างปี 1928-1946 ฮานได้เป็นผู้อำนวยการของ สถาบันเคมีไกเซอร์วิลเฮล์ม

 
 
ไมท์เนอร์กับฮานที่สถาบันเคมีไกเซอร์วิลเฮล์ม เมืองเบอร์ลิน เมื่อปี 1928

          ปี 1932 เมื่อ เจมส์ แชดวิก (James Chadwick) ค้นพบนิวตรอนที่ไม่มีประจุ ทำให้เกิดแนวทางใหม่ โดยเปลี่ยนจากการใช้อนุภาคแอลฟาซึ่งมีประจุบวก เปลี่ยนมาใช้นิวตรอนสำหรับระดมยิงนิวเคลียสของอะตอม ซึ่งการไม่มีประจุ ทำให้นิวตรอนทะลวงเข้าไปในนิวเคลียสที่มีประจุบวกได้ผลดีกว่า เพราะไม่ถูกผลักออกมา ซึ่งวิธีนี้ริเริ่มโดย เอนรีโก แฟร์มี (Enrico Fermi) ดังนั้นตั้งแต่ปี 1934 ฮานจึงร่วมขบวนศึกษาด้านนี้ไปกับเขาด้วย โดยร่วมงานกับไมท์เนอร์ และมีลูกศิษย์นักเคมีชื่อว่า ฟริทซ์ ชตราสส์มันน์ (Fritz Strassmann) เป็นลูกมือ โดยมาร่วมงานตั้งแต่ปี 1929 พวกเขาเน้นการทดลองระดมยิงนิวเคลียสของอะตอมยูเรเนียม (และทอเรียม) ด้วยอนุภาคนิวตรอน โดยคาดว่าผลลัพธ์เช่นเดียวกับคนอื่น ๆ รวมทั้งแฟร์มี ว่าน่าจะได้แก่อะตอมของธาตุใหม่ ที่มีขนาดใกล้เคียงกับธาตุตั้งต้นคือยูเรเนียม

          ปี 1938 ไมท์เนอร์ซึ่งมีเชื้อสายยิวจึงต้องลี้ภัยนาซี โดยฮานมีส่วนช่วยเหลือในการลอบข้ามชายแดนออกจาก เยอรมนี และไปทำงานอยู่ที่ สถาบันโนเบล กรุงสตอกโฮล์ม ประเทศสวีเดน ต่อมาได้ไปทำงานร่วมกับหลานชายชื่อว่า ออทโท ฟริช (Otto Frisch) ที่ สถาบันนีลส์โบร์ (Niels Bohr’s institute) กรุงโคเปนเฮเกน ประเทศเดนมาร์ก จึงเหลือฮานร่วมงานกันต่อไปกับชตราสส์มันน์

 
 
ฟริทซ์ ชตราสส์มันน์
          การค้นพบที่น่าแตกตื่นที่สุดของฮานกับชตราสส์มันน์เกิดขึ้นตอนปลายปี 1938 ก็คือเมื่อวันที่ 17 ธันวาคม พวกเขาตรวจพบธาตุที่ไม่ได้คาดหมายคือ “แบเรียม” ซึ่งเบากว่ายูเรียมมาก ปนอยู่ในอะตอมธาตุหนักอื่น ๆ คือ เรเดียม และ mesothorium ฮานประหลาดใจว่าการทดลองของเขาทำให้ยูเรเนียม “ระเบิด” ออกเป็นธาตุขนาดกลางได้ เขาได้รายงานการตรวจพบนี้ให้ไมท์เนอร์ทราบ ซึ่งไมทน์เนอร์กับฟริชได้ใช้แบบจำลองนิวเคลียสของโบร์มาคำนวณ ซึ่งก็พบว่ามีความเป็นไปได้ว่านิวเคลียสของยูเรเนียมถูกแบ่งแยก และได้แจ้งกลับไปยังฮานว่าพวกเขาได้ค้นพบ “การแบ่งแยกนิวเคลียส” (fission คำนี้บัญญัติโดย ออทโท ฟริช) เข้าแล้ว
 
 
แบบจำลองอุปกรณ์การทดลองที่ฮานค้นพบการแบ่งแยกนิวเคลียส
          เรื่องการแบ่งแยกนิวเคลียสนี้ทราบถึงโบร์และต้นปี 1939 เมื่อโบร์ไปบรรยายที่มหาวิทยาลัยพรินซ์ตัน ประเทศสหรัฐอเมริกาและปูดข่าวนี้ออกไป เป็นที่ตื่นเต้นกันไปทั่ว ส่วนฮานต่อมาก็ได้ตีพิมพ์ผลงานนี้ในวารสาร Naturwissenschaften ฉบับวันที่ 6 มกราคม และ 10 กุมภาพันธ์ (ต้นปี 1939) หลังจากนั้น ฮานก็ยังคงก้มหน้าก้มตา ทำงานตรวจสอบและแยกธาตุอีกหลายธาตุ ที่เกิดจากการแบ่งแยกนิวเคลียสของเขาต่อไป
 
 
แสตมป์พิมพ์ปฏิกิริยาการแบ่งแยกนิวเคลียสอะตอมยูเรเนียมออกเป็นอะตอมแบเรียมและคริปทอน

          ระหว่างสงครามโลกครั้งที่ 2 ภายใต้ ปฏิบัติการเอปสิลอน (Operation Epsilon) ของฝ่ายสัมพันธมิตร ระหว่างวันที่ 1 พฤษภาคม ถึง 30 มิถุนายน 1945 นักวิทยาศาสตร์เยอรมันที่มีชื่อเสียง 10 คนรวมทั้งฮาน ถูกควบคุมตัวอยู่ที่ประเทศอังกฤษเพื่อสอบสวนว่ารู้เห็นเกี่ยวกับการสร้าง “ลูกระเบิดอะตอม” (atomic bomb) หรือไม่ หลังจากนั้นระหว่างวันที่ 3 กรกฎาคม 1945 จนถึง 3 มกราคม 1946 พวกเขาก็ถูกนำไปกักตัวต่อที่บ้าน ที่ติดเครื่องดักฟังหลังหนึ่งชื่อว่า Farm Hall ดังนั้น หลังจากสงครามโลกครั้งที่สองสิ้นสุดลงแล้วเมื่อเดือนสิงหาคม 1945 และพอถึงวันที่ 15 พฤศจิกายน 1945 เมื่อ ราชบัณฑิตยสถานวิทยาศาสตร์สวีเดน (Royal Swedish Academy of Sciences) ประกาศให้ฮานได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำปี 1944 จากผลงานการแบ่งแยกนิวเคลียส ฮานจึงได้ทราบข่าวจากหนังสือพิมพ์เดลีเทเลกราฟของอังกฤษ และรู้สึกประหลาดใจมาก การที่กำลังถูกกักตัว ทำให้พวกเขาต้องฉลองกันเอง และฮานต้องไปรับรางวัลในอีกปีถัดมา

          อันที่จริงฮานเกลียดชังฮิตเลอร์มากและเคยบอกกับเพื่อนว่า หากผลงานของเขาช่วยให้ ฮิตเลอร์ นำไปใช้ผลิต ลูกระเบิดอะตอม เขาจะฆ่าตัวตายเสียดีกว่า แต่อันที่จริงการค้นพบของเขาถูกสหรัฐอเมริกาแทนที่จะเป็นเยอรมนี บ้านเกิดของเขาเอง นำไปพัฒนาลูกระเบิดอะตอมได้สำเร็จ และยังนำไปทำลายล้างชีวิตมนุษย์ อันเป็นรอยด่างอันอัปลักษณ์ในประวัติศาสตร์ ที่ควรจะมีแต่การสร้างสรรค์อันงดงามของพลังงานนิวเคลียร์

          จากความสำเร็จของฮาน ทำให้เขาได้รับเกียรติคุณมากมาย ปี 1933 เขาเป็น ศาสตราจารย์อาคันตุกะ (Visiting Professor) ของ มหาวิทยาลัยคอร์แนล (Cornell University, Ithaca, New York) โดยได้บรรยาย “ศาสตร์ใหม่” หรือ “เคมีรังสีประยุกต์” ไว้หลายครั้ง และในปีเดียวกันก็ได้รวบรวมตีพิมพ์เป็นหนังสือภาษาอังกฤษชื่อว่า Applied Radiochemistry

          ตั้งแต่วันที่ 1 เมษายน 1946 ฮานเป็นประธาน สมาคมไกเซอร์วิลเฮล์ม (Kaiser Wilhelm Society) โดยเป็นประธานคนสุดท้าย (สมาคมนี้ล้มเลิกเนื่องจากเยอรมนีแพ้สงครามโลกครั้งที่ 2) และตั้งแต่วันที่ 28 กุมภาพันธ์ 1948 เขาได้ดำรงตำแหน่งประธานคนแรกของ สมาคมมัคซ์พลังค์ (Max Planck Society) โดยเขาเอง เป็นผู้ก่อตั้งขึ้นทดแทน สมาคมไกเซอร์วิลเฮล์ม ที่ล้มเลิกไป และเดือนพฤษภาคม 1960 เมื่อลงจากตำแหน่งแล้ว แต่เขาก็ยังได้รับเกียรติเป็นประธานกิตติมศักดิ์ของสมาคมนี้ต่อไปอีก ฮานได้รับเกียรติเป็นสมาชิกของ บัณฑิตยสถาน มากมายหลายแห่ง ได้แก่ เบอร์ลิน (Academies of Berlin) เกิททิงเงน (G?ttingen) มิวนิก (Munich) ฮัลเลอ (Halle) สตอกโฮล์ม (Stockholm) เวียนนา (Vienna) บอสตัน (Boston) มาดริด (Madrid) เฮลซิงกิ (Helsinki) ลิสบอน (Lisbon) ไมนส์ (Mainz) โรม (วาติกัน) (Rome (Vatican)) อัลลาฮาบัด (Allahabad) โคเปนเฮเกน (Copenhagen) รวมทั้งบัณฑิตยสถานวิทยาศาสตร์แห่งอินเดีย (Indian Academy of Sciences)

 
 

ฮานอธิบายการทดลองการแบ่งแยกนิวเคลียสเมื่อเดือนธันวาคม 1938 (ของเขา30 มิถุนายน 1962)
          ฮานถึงแก่กรรมเมื่อวันที่ 28 กรกฎาคม 1968 เขามีอายุยืนถึง 90 ปี และศพของเขาถูกฝังที่สุสาน เมืองเกิททิงเงน ในเยอรมนีตะวันตก

โพสต์เมื่อ : 4 เมษายน 2554