Nuclear Science
STKC 2555

หลักการพื้นฐานของลูกระเบิดอะตอม
The Basic Principle of the Atomic Bomb

โกมล อังกุรรัตน์
ศูนย์ไอโซโทปรังสี
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

         การแบ่งแยกนิวเคลียส หรือ ฟิชชัน (fission) ของธาตุ ทำให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานออกมาอย่างมหาศาล เมื่อนิวตรอนอิสระวิ่งไปชนกับ วัสดุฟิชไซล์ (fissile material) ซึ่งเป็นวัสดุกัมมันตรังสี เช่น ยูเรเนียม-235 หรือ พลูโทเนียม-239 ก็จะทำให้มีการกระแทกให้นิวเคลียสเกิดการแยกตัว ทำให้มีนิวตรอนอิสระเพิ่มขึ้นสองหรือสามนิวตรอน พลังงานถูกปลดปล่อยออกมาเมื่อนิวตรอนแยกตัวออกมาจากนิวเคลียส นิวตรอนที่แยกตัวออกมาใหม่นี้ ก็จะวิ่งไปชนกับนิวเคลียสอื่น ๆ ของยูเรเนียม-235 หรือพลูโทเนียม-239 การแยกตัวในแนวทางที่เหมือน ๆ กันแบบนี้ ทำให้เกิดการปลดปล่อยพลังงาน และมีจำนวนนิวตรอนเพิ่มมากขึ้น เป็นปฏิกริยาลูกโซ่แพร่ขยายเป็นไปอย่างทันทีทันใด ลูกระเบิดอะตอม (A-bomb) เป็นอาวุธทำลายล้างที่ใช้พลังงานที่เกิดจากการแยกตัวของนิวเคลียสของอะตอมของวัสดุฟิชไซล์
กำเนิดของลูกระเบิดอะตอม (The Birth of the Atomic Bomb)
งานวิจัยทางด้านลูกระเบิดอะตอมเกิดขึ้นในประเทศเยอรมนีและประเทศอื่น ๆ แต่ในสหรัฐอเมริกา ได้มีความพยายามเป็นอย่างมากในการสร้างลูกระเบิดอะตอม มีการเปิดตัวโครงการในปี 1942 ภายใต้ชื่อรหัส “โครงการแมนแฮตตัน” (Manhattan Project) การดำเนินโครงการเป็นความลับสุดยอด ภายใต้การสนับสนุนงบประมาณไร้ขีดจำกัด โดยรวบรวมนักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่นที่สุดของประเทศ เข้ามาร่วมโครงการ และประสบความสำเร็จ ได้มีการทดสอบทางด้านนิวเคลียร์ครั้งแรกของโลกขึ้นใน วันที่ 16 กรกฏาคม 1945 ในทะเลทรายใกล้ ๆ อะลาโมกอร์โด (Alamogordo) มลรัฐนิวเม็กซิโก สหรัฐอเมริกา
ลูกระเบิดที่ฮิโรชิมา (ลิตเติลบอย) (The Hiroshima Bomb (Little boy))
ทั้งนี้เพราะมีรูปร่างยาวและบางจึงเรียกระเบิดฮิโรชิมานี้ว่า “ลิตเติลบอย” (Little Boy) วัสดุฟิชไซล์ใช้ คือ ยูเรเนียม-235 โดยยูเรเนียมจะถูกแบ่งออกเป็นสองส่วน แต่ส่วนมีมวลต่ำกว่ามวลวิกฤต การออกแบบเป็น “แบบกระบอกปืน” (gun barrel-type) โดยมีตัวจุดระเบิดเป็นตัวผลักดันส่วนหนึ่งของยูเรเนียม ให้ไปรวมกับกับอีกส่วนหนึ่งในทันที่ทันใด เมื่อยูเรเนียมสองส่วนรวมกันเกิดสภาวะมวลวิกฤต เมื่อมวลวิกฤตพร้อมและมีนิวตรอนจากรอบ ๆ บริเวณทั่วไป ก็จะเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ในทันทีทันใด และปลดปล่อยพลังงานออกมาอย่างมหาศาล เกินกว่าศักยภาพของระเบิดปกติทั่วไป พลังงานที่ปลดปล่อยโดยระเบิดที่ฮิโรชิมานี้ เบื้องต้นคิดว่าอำนาจการทำลายล้างเทียบเท่ากับลูกระเบิดทีเอ็นทีประมาณ 20,000 ตัน แต่หลังจากนั้นเมื่อประมาณการความเสียหายต่ออาคาร และการศึกษาโครงสร้างของระเบิด จึงลดอำนาจทำลายล้างลงเทียบเท่ากับลูกระเบิดทีเอ็นที 15,000 ตัน เชื่อกันว่าพลังงานมหาศาลที่ถูกปลดปล่อยออกมานี้ มาจากการเกิดฟิชชันของยูเรเนียม-235 ในปริมาณน้อยกว่า 1 กิโลกรัม เล็กน้อย
ยาวประมาณ 3 เมตร (120นิ้ว)หนักประมาณ 4 ตัน (9000 ปอนด์) เส้นผ่าศูนย์กลาง ประมาณ 0.7 เมตร (28นิ้ว) ใช้ยูเรเนียม-235 เป็นวัสดุฟิชไซล์

ลูกระเบิดที่นางาซากิ (แฟตแมน) (The Nagasaki Bomb (Fat Man))

ยาวประมาณ 3.2 เมตร (128 นิ้ว) หนักประมาณ 4.5 ตัน (10,000 ปอนด์) เส้นผ่าศูนย์กลาง 1.5 เมตร (60 นิ้ว) วัสดุฟิชไซล์ พลูโทเนียม-239

          เปรียบเทียบกับลูกระเบิดที่ใช้ที่ฮิโรชิมาแล้ว ลูกระเบิดที่นางาซากิจะกลมและอ้วนกว่า จึงเรียกกันว่า “แฟตแมน” (Fat Man) วัสดุฟิชไซล์ที่ใช้คือ พลูโทเนียม-239 โดยพลูโทเนียมจะถูกแบ่งเป็นส่วนกึ่งมวลวิกฤต และบรรจุลงในส่วนบรรจุเป็นทรงกลม เพื่อที่จะทำให้เกิดปฏิกริยาลูกโซ่ ดินปืนที่บรรจุอยู่โดยรอบทรงกลมจะถูกจุดระเบิด เพื่อผลักให้พลูโทเนียมมารวมกันที่ส่วนกลาง จึงเรียกระเบิดแบบนี้ว่าเป็นชนิด “ระเบิดเข้าข้างใน” (implosion-type)

          การเกิดปฏิกิริยาฟิชชันนี้ คาดว่าใช้พลูโทเนียม-239 มากว่า 1 กิโลกรัมไปไม่มาก และคาดกันว่า มีการปลดปล่อยพลังงานมีอำนาจทำลายล้างเทียบเท่ากับลูกระเบิดทีเอ็นทีประมาณ 21,000 ตัน

ถอดความจาก http://www.hiroshima.jp/en/museum/morgue_w12.htm

โพสต์เมื่อ : 29 พฤษภาคม 2555