มาดามกูรีกับเรเดียม 1 กรัม

สุรศักดิ์ พงศ์พันธุ์สุข
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

          เรเดียมพบกระจัดกระจายทั่วไปเป็นปริมาณน้อยในเปลือกโลก โดยมีปนอยู่ในแร่ที่มีองค์ประกอบยูเรเนียมและทอเรียมทุกชนิด เรเดียมมีสมบัติทางเคมีคล้ายคลึงกับแบเรียม จึงมักพบทั้งเรเดียมและแบเรียมปนในแร่ยูเรเนียม แรกเริ่มเดิมที พบเรเดียมได้จากสินแร่ พิตช์เบลนด์ (pitchblende) จากโบฮีเมีย เป็นหลัก ต่อมาพบในทรายแร่ คาโนไทต์ (carnotite) แถบมลรัฐโคโลราโด ประเทศสหรัฐอเมริกา แต่สินแร่ที่สมบูรณ์กว่ามีอยู่ในสาธารณรัฐซาอีร์ และบริเวณทะเลสาบเกรตเลก (Great Lake) ประเทศแคนาดา ซึ่งความเข้มข้นของเรเดียมในแร่ที่มียูเรเนียมตกประมาณ เรเดียม 1 ส่วน ในยูเรเนียม 3 ล้านส่วน ยกตัวอย่างในแร่พิตช์เบลนด์ทุก ๆ 7 ตัน จะมีเรเดียมประมาณ 1 กรัม ดังนั้น ในอดีตเรเดียมจึงเป็นสารปนปนเปื้อนหลักในกากขยะของเหมืองและโรงแต่งแร่ต่าง ๆ เช่น ในหางแร่จากการแต่งแร่ยูเรเนียม และพบในกากกัมมันตรังสีหลายชนิดที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมแปรสภาพแร่ยูเรเนียม

          สมัยก่อนมีการใช้เรเดียมเป็นสีสะท้อนแสง เช่น พรายน้ำหน้าปัดนาฬิกา (จะมีเรเดียมประมาณ 1 ไมโครกรัม) สวิตช์ (ต่อมาใช้โพรมีเทียมแทน และปัจจุบันใช้ทริเทียมแทน) เรเดียมยังเคยใช้ผสมในสินค้าอุปโภคและบริโภคหลายชนิด เช่น ยาสีฟัน น้ำมันใส่ผม แม้แต่ในอาหารบางชนิดกับตัวยาหลายชนิด โดยเชื่อว่ามีฤทธิ์ในทางการรักษา แต่ต่อมาเมื่อพบผลในทางร้ายแก่สุขภาพ จึงมีการห้ามใช้ และการใช้เรเดียมในการทดลองทางวิทยาศาสตร์ เช่น เมื่อปี 1909 เออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด (Ernest Rutherford) ใช้เรเดียมเป็นต้นกำเนิดรังสีแอลฟาจนสามารถค้นพบนิวเคลียสของอะตอม เรเดียมยังมีใช้ร่วมกับเบริลลเลียมเป็นต้นกำเนิดนิวตรอน นอกจากนี้เรเดียม (มักใช้ในรูปเรเดียมคลอไรด์) ยังสลายให้แก๊สกัมมันตรังสีเรดอน ซึ่งมีครึ่งชีวิตสั้นเพียง 4 วัน สามารถแยกออกมาบรรจุไว้ในหลอดเล็ก ๆ สำหรับใช้รักษาโรคมะเร็งและโรคอื่น ๆ

          นานปีทีเดียวที่ส่วนที่เหลือจากกระบวนการสกัดยูเรเนียมถูกทิ้งกองไว้อย่างไร้ค่า จนกระทั่งมาดามกูรีได้ค้นพบธาตุเรเดียม เมื่อเธอวิเคราะห์พบว่า องค์ประกอบของแร่พิตช์เบลนด์ที่นำมาสกัดยูเรเนียมยังมีธาตุกัมมันตรังสีอื่นปนอยู่อีก ในขั้นต้น แร่ถูกหลอมรวมกับโซเดียมคาร์บอเนต แล้วนำมาละลายในกรดเกลือ (กรดไฮโดรคลอริก) ซึ่งโลหะธาตุในกลุ่มเดียวกับตะกั่ว เช่น ตะกั่ว ทองแดง และบิสมัท ถูกแยกออกไปได้ โดยการตกตะกอนด้วยไฮโดรเจนซัลไฟด์ อนึ่ง ยังมี “ธาตุกัมมันตรังสี” ธาตุหนึ่ง ที่แยกออกมาพร้อมกับบิทมัท ได้แก่ “พอโลเนียม” ชื่อนี้ตั้งขึ้นเป็นเกียรติตามชื่อประเทศโปแลนด์ อันเป็นมาตุภูมิของมาดามกูรี

          ขั้นตอนต่อมา คือการแยกโลหะที่เหลืออยู่อีก เช่น เหล็กและสังกะสี ออกได้ด้วยการตกตะกอนกับสารประกอบที่เหมาะสมต่อ ๆ ไป

          ในขั้นตอนสุดท้าย หลังจากแยกเอาโลหะสองกลุ่มออกไปแล้ว สารผสมที่เหลืออยู่ในสารละลายก็คือ แบเรียมคลอไรด์และเรเดียมคลอไรด์ ซึ่งกระบวนการแยกสารประกอบทั้งสองออกจากกัน เป็นกระบวนการที่น่าเบื่อหน่าย เพราะต้องทำซ้ำ ๆ เพื่อแยกเอาเรเดียมคลอไรด์ออกมา วิธีการของมาดามคูรีนี้คือวิธี “การตกผลึกลำดับส่วน” (fractional crystallization) ใช้หลักการที่ว่า เรเดียมคลอไรด์สามารถละลายในน้ำได้น้อยกว่าแบเรียมคลอไรด์ ดังนั้นเมื่อนำของผสมนี้ละลายในน้ำหรือแอลกอฮอล์ แล้วเคี่ยวให้ตกผลึก ในผลึกจะมีเรเดียมตกค้างเป็นสัดส่วนสูงกว่าในสารละลาย จากนั้นก็แยกผลึกออกมาละลายน้ำและตกผลึกซ้ำอีก ในผลึกจะมีสัดส่วนของเรเดียมสูงขึ้น การตกผลึกแล้วละลายน้ำแล้วตกผลึกอีกซ้ำ ๆ ไปเช่นนี้ จนกระทั่งในผลึกแทบไม่มีแบเรียมหลงเหลืออยู่ เรเดียมคลอไรด์บริสุทธิ์ที่สุดที่ได้นี้ จะมีกัมมันตภาพรังสีสูงมาก โดยสูงกว่ากัมมันตภาพรังสีของยูเรเนียมถึง 1,500,000 เท่าตัว

          กรรมวิธีสกัดเรเดียมของมาดามกูรีกินเวลามากและยากเย็นแสนเข็ญ อีกทั้งไม่สามารถสกัดเอาแบเรียมออกได้ “เกลี้ยง” นอกจากนี้ยังสกัดเรเดียมได้คราวละน้อย ทำให้เรดียมเป็นสารที่หาได้ยากมาก ทั้งนี้ถึงปี 1902 เรเดียมคลอไรด์บริสุทธิ์ที่มารีและปีแอร์ กูรี สกัดจากกากแร่พิตช์เบลนด์หลายตัน (ในเวลาประมาณ 2 ปี) มีประมาณ 0.1 กรัมเท่านั้น และทุกวันนี้ทั่วทั้งโลก เรียกได้ว่ามีเรเดียมคงคลังที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์แล้วอยู่ไม่มาก จึงทำให้เรเดียมมีราคาสูงมาก จนการวิจัยและการใช้ประโยชน์ในทางปฏิบัติเป็นไปไม่ได้ ยกตัวอย่างในปี 1918 ในสหรัฐอเมริกาผลิตเรเดียมได้ 13.6 กรัม และถึงปี 1954 ทั่วโลกมีเรเดียมบริสุทธิ์ประมาณ 2.3 กิโลกรัม

          เรเดียมบริสุทธิ์ในรูปของโลหะก็มีการสกัดโดยมารี กูรี เอง ในปี 1910 โดยสกัดร่วมกับผู้ร่วมงานชื่อ อองเดร-ลุยส์ เดอบีแยน (Andr?-Louis Debierne ผู้ค้นพบธาตุแอกทิเนียมเมื่อปี 1899) ด้วยกรรมวิธี การแยกสลายด้วยไฟฟ้า (electrolysis) จากสารละลายเรเดียมคลอไรด์ ที่มีปรอทเป็นแคโทด ซึ่งเมื่อจับกับเรเดียม (amalgam) ก็นำมาระเหยปรอทออกไปในบรรยากาศของแก๊สไฮโดรเจน ได้เป็นโลหะเรเดียมบริสุทธิ์

          ในเชิงพาณิชย์ เรเดียมมีการผลิตในรูปของเกลือโบรไมด์หรือเกลือคลอไรด์ มักสงสัยกันว่า ในปัจจุบันยังจะหาซื้อเรเดียมสกัดในปริมาณมาก ๆ ได้หรือไม่ เนื่องจากในช่วงทศวรรษ 1940 ซึ่งมีความต้องการเรเดียมสูง เพื่อใช้ด้านรังสีเอกซ์ และการใช้ด้านอื่น ๆ ที่เกี่ยวกับสงคราม ระยะนั้นราคาเรเดียมต่อกรัมจึงผันผวน แต่ต่อมา เหมืองและผู้ประกอบการในประเทศแคนาดาสามารถผลิตออกมามากขึ้น ทำให้ราคาตกเหลือกรัมละ 10,000 ดอลลาร์อเมริกัน มาถึงปัจจุบันมีสิ่งทดแทนการใช้ประโยชน์เรเดียมทุก ๆ ด้าน จึงไม่มีเรเดียมบริสุทธิ์จำหน่ายแล้ว จึงบอกไม่ได้ว่าราคามาตรฐานสำหรับเรเดียม 1 กรัม เป็นเท่าใด

          ดังกล่าวข้างต้นแล้วว่า มารีและปีแอร์ กูรี สามารถสกัดแบเรียมคลอไรด์บริสุทธิ์กับมือตัวเองได้ 0.1 กรัมเท่านั้นเมื่อปี 1902 ปริมาณนี้คิดเป็น 10 เปอร์เซ็นต์ของ 1 กรัมเท่านั้น อย่างไรก็ดี มารี กูรี เคยเป็นเจ้าของกรรมสิทธิ์เรเดียมหนัก 1 กรัม รวม 3 ครั้ง

          มารี กูรี มีส่วนเข้าไปเกี่ยวข้องกับ “เรเดียม 1 กรัม” เป็นครั้งแรก โดยเมื่อมีการตั้งหน่วยวัดกัมมันตภาพรังสีว่า “คูรี” เธอเป็นผู้ผลักดัน ให้เท่ากับอัตราการสลายของ เรเดียมหนัก 1 กรัม ในขณะที่ความเห็นอื่น ๆ ให้ใช้การสลายของยูเรเนียมบ้าง เป็นต้น รายละเอียดของเรื่องนี้อ่านได้ในอีกบทความหนึ่ง เรื่อง หน่วยคูรี ตั้งตามชื่อใคร ?

          ครั้งที่ 2 กลุ่มผู้หญิงอเมริกันมีความประทับใจใน มารี กูรี ที่อุทิศตนให้กับชาวโลก เธอไม่จดสิทธิบัตรการสกัดและการใช้เรเดียมที่เธอค้นพบ และเมื่อทราบว่า มารี กูรี สกัดเรเดียมได้ไม่พอกับความต้องการของสถาบันเรเดียมที่ตั้งขึ้นที่กรุงปารีส จึงรณรงค์หาเงิน 100,000 ดอลลาร์อเมริกันเพื่อจัดซื้อเรเดียม 1 กรัม ให้กับมารี กูรี ดังนั้น เมื่อวันที่ 20 พฤษภาคม 1921 มารี กูรี จึงเดินทางไปเยือนทำเนียบขาวเพื่อรับของขวัญเป็นเรเดียม 1 กรัม จากประธานาธิบดีวอร์เรน ฮาร์ดิง (President Warren Harding) โดยรับมอบกุญแจทองคำสำหรับไขกำปั่นใส่เรเดียม กับประกาศนียบัตรสำหรับสารกัมมันตรังสี ออกโดย สำนักงานมาตรฐานแห่งชาติ (National Bureau of Standards) ลงนามโดยผู้อำนวยการสำนักงาน แซมิวเอล ดับเบิลยู.สแตรตตัน (Samuel W. Stratton) ระบุข้อมูลของเรเดียมที่มอบ ซึ่งแบ่งบรรจุในหลอดแก้วที่ ผนึกสนิทแบบทึบอากาศ (hermetically sealed) 10 หลอด ๆ ละ 100 มิลลิกรัม ความบริสุทธิ์ไม่ใช่ระดับสารมาตรฐาน แต่บริสุทธิ์พอเพียงใช้งาน โดยเทียบมาตรฐานด้วยรังสีแกมมากับ มาตรฐานเรเดียมทุติยภูมิ หมายเลข 6 (Secondary Radium Standard No.6) ของสำนักงานมาตรฐานแห่งชาติ ในประกาศนียบัตรระบุว่า “ความคลาดเคลื่อนของค่าเรเดียมเทียบเท่าของตัวอย่างเหล่านี้ มีค่าไม่เกิน 0.7 ของ 1 เปอร์เซ็นต์”

          เรื่องของมาดามคูรีกับเรเดียม 1 กรัม จบเพียงนี้

แหล่งข้อมูล :
ANL factsheet
http://www.nist.gov/pml/general/curie/1921.cfm
http://www.nist.gov/pml/general/curie/1929.cfm
http://www.lateralscience.co.uk/radium/RaDisc.html
http://www.nuenergy.org/alt/GoingBeyondTheCuries.htm

โพสต์เมื่อ : 24 พฤษภาคม 2555