มนุษย์ค้นพบพลังงานนิวเคลียร์ได้อย่างไร

ถ้าย้อนกลับไปก่อนปลายศตวรรษที่ 19 มนุษย์ยังไม่รู้ด้วยซ้ำว่าอะตอมมีอะไรซ่อนอยู่ข้างใน ความเข้าใจในเวลานั้นคืออะตอมเป็นหน่วยเล็ก ๆ ของสสารที่ไม่สามารถแบ่งย่อยได้อีก

จนกระทั่งวันหนึ่ง นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสชื่อ อ็องรี เบ็กเคอแรล (Henri Becquerel) ทำการทดลองกับสารประกอบของยูเรเนียมในปี ค.ศ. 1896

เดิมทีเขาสนใจว่ารังสีเอกซ์ที่เพิ่งถูกค้นพบสามารถทำให้สารบางชนิดเรืองแสงได้หรือไม่ จึงนำผลึกยูเรเนียมไปวางใกล้แผ่นฟิล์มที่ห่อหุ้มไว้ไม่ให้โดนแสง แต่เมื่อกลับมาตรวจสอบ เขาพบว่าฟิล์มเกิดรอยดำขึ้นเอง ทั้งที่ไม่ได้รับแสงแดด

นั่นหมายความว่า ยูเรเนียมสามารถปล่อยรังสีออกมาได้ด้วยตัวมันเอง

การค้นพบเล็ก ๆ ครั้งนั้นกลายเป็นประตูบานใหญ่ของฟิสิกส์สมัยใหม่ เพราะมันแสดงให้เห็นว่า ภายในอะตอมมีปรากฏการณ์บางอย่างที่มนุษย์ยังไม่เข้าใจ

ต่อมา มารี กูรี และปีแยร์ กูรี ศึกษาปรากฏการณ์นี้อย่างจริงจัง และในปี ค.ศ. 1898 มารี กูรีเสนอคำว่า “กัมมันตภาพรังสี” และร่วมค้นพบธาตุใหม่อย่างพอโลเนียมกับเรเดียม

นักวิทยาศาสตร์จึงเริ่มตั้งคำถามที่สำคัญขึ้นเรื่อย ๆ ว่า ถ้าอะตอมสามารถปล่อยพลังงานออกมาได้ แล้วพลังงานนั้นมาจากไหน?

คำตอบเริ่มชัดเจนขึ้นเมื่อเออร์เนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด และนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ ค่อย ๆ เปิดเผยโครงสร้างภายในอะตอม จนพบว่าอะตอมไม่ได้เป็นก้อนเล็ก ๆ ที่แบ่งไม่ได้อย่างที่เคยคิด แต่มี นิวเคลียส ซึ่งอยู่ตรงกลางและประกอบด้วยอนุภาคสำคัญ เช่น โปรตอนและนิวตรอน

จุดเปลี่ยนอีกครั้งเกิดขึ้นในปี ค.ศ. 1932 เมื่อ เจมส์ แชดวิก ค้นพบนิวตรอน อนุภาคที่ไม่มีประจุไฟฟ้าแต่สามารถเข้าไปชนกับนิวเคลียสของอะตอมได้

จากนั้นไม่นาน ความเข้าใจเรื่องพลังงานจากนิวเคลียสก็เดินหน้าอย่างรวดเร็ว

ในปี ค.ศ. 1938 นักเคมีชาวเยอรมัน อ็อตโต ฮาห์น และ ฟริตซ์ ชตราสมันน์ พบหลักฐานจากการทดลองว่ายูเรเนียมสามารถแตกออกเป็นธาตุที่มีขนาดเล็กกว่าได้ เมื่อถูกนิวตรอนชน

ต่อมา ลีเซอ ไมต์เนอร์ และ อ็อตโต ฟริช อธิบายปรากฏการณ์นี้ทางฟิสิกส์ และเรียกกระบวนการดังกล่าวว่า “ฟิชชัน” (nuclear fission) หรือการแตกตัวของนิวเคลียส

ตรงนี้เองที่เรื่องเริ่มน่าทึ่ง เพราะเมื่อนิวเคลียสของยูเรเนียมบางชนิดแตกออก มวลบางส่วนจะเปลี่ยนไปเป็นพลังงานตามหลักความสัมพันธ์ระหว่างมวลกับพลังงานของไอน์สไตน์

พูดง่าย ๆ คือ มวลเพียงเล็กน้อยสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานจำนวนมหาศาลได้

และการแตกตัวหนึ่งครั้งยังสามารถปล่อยนิวตรอนออกมาเพิ่มเติม นิวตรอนเหล่านี้อาจไปกระตุ้นนิวเคลียสอื่นให้แตกตัวต่อ เกิดเป็นกระบวนการที่เรียกว่า ปฏิกิริยาลูกโซ่

นักวิทยาศาสตร์จึงเริ่มเห็นความเป็นไปได้ว่า หากสามารถควบคุมปฏิกิริยานี้ได้ มันอาจนำไปใช้ผลิตพลังงานได้

ความพยายามดังกล่าวประสบความสำเร็จครั้งสำคัญในวันที่ 2 ธันวาคม ค.ศ. 1942 เมื่อทีมของเอนรีโก แฟร์มีทำให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่นิวเคลียร์แบบควบคุมได้เป็นครั้งแรกที่มหาวิทยาลัยชิคาโก ในเครื่องปฏิกรณ์ที่เรียกว่า Chicago Pile-1

นี่ถือเป็นหมุดหมายสำคัญ เพราะเป็นครั้งแรกที่มนุษย์สามารถทำให้ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบลูกโซ่ดำเนินต่อไปได้อย่างควบคุม

จากจุดนั้น พลังงานนิวเคลียร์จึงค่อย ๆ เดินทางจากห้องทดลองไปสู่การใช้งานจริง ทั้งด้านการผลิตไฟฟ้า การแพทย์ อุตสาหกรรม และวิทยาศาสตร์

ดังนั้น ถ้าถามว่า “ใครเป็นคนค้นพบพลังงานนิวเคลียร์?” คำตอบจริง ๆ ไม่ใช่ชื่อของนักวิทยาศาสตร์เพียงคนเดียว

เรื่องนี้เริ่มจากเบ็กเคอแรลที่ค้นพบกัมมันตภาพรังสี ตามด้วยมารีและปีแยร์ กูรี นักวิทยาศาสตร์ที่ศึกษาอะตอมและนิวเคลียส นักวิจัยที่ค้นพบนิวตรอนและฟิชชัน รวมถึงแฟร์มีและทีมที่ทำให้ปฏิกิริยาลูกโซ่แบบควบคุมเกิดขึ้นจริง

มันจึงไม่ใช่การค้นพบแบบเปิดกล่องแล้วเจอคำตอบทันที แต่เป็นเหมือนการต่อจิ๊กซอว์ทีละชิ้น

เริ่มจาก รังสีที่มองไม่เห็น

ไปสู่ อะตอมที่ไม่ได้เรียบง่ายอย่างที่คิด

จากนั้นจึงพบ นิวเคลียส

และในที่สุดมนุษย์ก็เรียนรู้ว่า ภายในสิ่งที่เล็กจนมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า มีพลังงานมหาศาลซ่อนอยู่

เรื่องราวทั้งหมดใช้เวลาหลายสิบปี และเปลี่ยนความเข้าใจของมนุษย์ที่มีต่อธรรมชาติไปตลอดกาล

เพราะสิ่งที่ครั้งหนึ่งเคยถูกมองว่าเป็นเพียงอนุภาคเล็ก ๆ ของสสาร กลับกลายเป็นกุญแจสำคัญที่ทำให้มนุษย์สามารถดึงพลังงานจาก หัวใจของอะตอม ออกมาใช้ได้ในที่สุด