โดย อนุช อาภาภิรม คอลัมน์ วิกฤติศตวรรษที่21
ในมติชนสุดสัปดาห์ วันศุกร์ที่ 05 ตุลาคม พ.ศ. 2555 ปีที่ 32 ฉบับที่ 1677 หน้า 38
ความรู้ของคนเราเกี่ยวกับกัมมันตภาพรังสี ตั้งแต่ว่าในธรรมชาติมีธาตุจำนวนหนึ่ง ได้แก่ ยูแรเนียม เป็นต้น ที่สามารถแผ่กัมมันตรังสีได้ด้วยตนเองโดยไม่ต้องอาศัยแหล่งพลังงานจากภายนอกคือแสงอาทิตย์ในปี 1896 ไปจนถึงการสร้างอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานจากนิวเคลียร์ได้ กินเวลาเพียงราว 50 ปีเท่านั้น
โดยในเดือนธันวาคม 1942 นักวิทยาศาสตร์สามารถสร้างปฏิกิริยาลูกโซ่ในกองธาตุยูเรเนียมได้สำเร็จ ถือกันว่าเป็นการเริ่มยุคนิวเคลียร์
และอีกเพียง 3 ปี ในวันที่ 6 สิงหาคม 1945 สหรัฐได้ใช้ระเบิดปรมาณูเป็นครั้งแรกในการทิ้งใส่เมืองฮิโรชิมา
และอีกสามวันต่อมาในวันที่ 9 สิงหาคม สหรัฐทิ้งระเบิดปรมาณูอีกลูกใส่เมืองนางาซากิ เทคโนโลยีนิวเคลียร์ได้ก้าวกระโดดไปอีก เมื่อสหรัฐทดลองระเบิดไฮโดรเจนขนาดใหญ่ครั้งแรกในเดือนกุมภาพันธ์ 1952 ระเบิดนี้มีอำนาจทำลายล้างสูงกว่าที่ทิ้งที่เมืองนางาซากิ กว่า 450 เท่า
การที่เทคโนโลยีนี้พัฒนาอย่างรวดเร็ว เนื่องจากหลายเหตุปัจจัย ที่สำคัญ ได้แก่ การแข่งขันทางอาวุธของประเทศมหาอำนาจในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 ดังที่จะได้กล่าวเป็นลำดับไป
ธาตุกัมมันตรังสีและ
พลังงานนิวเคลียร์
ธาตุที่เรียนกันในโรงเรียนเป็นธาตุทางเคมี (ต่างกับธาตุในคติพุทธซึ่งมีลักษณะเป็นสถานะของสสาร และเป็นทางฟิสิกส์มากกว่า) เป็นสารที่ประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียว ธาตุที่พบในธรรมชาติมี 98 ธาตุที่เหลืออีกราว 20 ธาตุเกิดขึ้นในห้องทดลองหรือเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ธาตุทั้งหลายนั้นกล่าวได้ว่ามวลทั้งหมดอยู่ที่นิวเคลียส ธาตุเหล่านี้มีมวลต่างกันตามจำนวนโปรตอนและนิวตรอนที่อยู่ในนิวเคลียสของอะตอม และมีการให้เลขที่อะตอมตามจำนวนของโปรตอน โดยทั่วไปธาตุหมายเลข 1-40 ถือว่าเป็นธาตุทีเสถียร (แต่ก็มีไอโซโทปที่ไม่เสถียร ปล่อยกัมมันตรังสีได้ เช่น คาร์บอน 14)
ธาตุหมายเลข 41-82 เป็นธาตุหลังเสถียร (Metastable) คือเริ่มไม่เสถียร และปล่อยกัมมันตรังสี แต่ตรวจจับได้ยาก เนื่องจากมีอายุครึ่งชีวิตยาวนานมากกว่าอายุของจักรวาลเสียอีก
ธาตุหมายเลข 83 ขึ้นไปไม่เสถียร และตรวจวัดการปล่อยกัมมันตรังสีได้ง่าย เป็นธาตุกัมมันตรังสีที่มนุษย์สามารถนำมาใช้พลังงานนิวเคลียร์จากธาตุเหล่านี้ได้
แต่ในบรรดาธาตุกัมมันตรังสีนั้น ในขณะนี้ที่มนุษย์สามารถนำมาใช้งานได้จริงจังได้แก่ ยูเรเนียม ซึ่งมีหมายเลขอะตอม 92 และในระยะหลังมีกล่าวถึงธาตุทอเรียม (หมายเลขอะตอม 90) ว่าจะนำมาใช้เป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์แทนยูเรเนียมได้ โดยมีข้อดีว่าพบได้มากกว่า ไม่ปล่อยกัมมันตรังสีมากเท่า
ธาตุกัมมันตรังสีหมายถึงบางธาตุที่มีอะตอมที่ไม่เสถียร และปลดปล่อยรังสีอย่างต่อเนื่องจากภายในอะตอมของธาตุนั้นๆ กระบวนการปล่อยกัมมันตรังสีนี้เรียกกันว่า การสลายตัวของสารกัมมันตรังสี (Radioactive Decay)
กล่าวจากจุดของทฤษฎีอุณหพลศาสตร์ข้อที่ 2 แล้ว ปรากฏการณ์นี้ก็เนื่องจากอะตอมของธาตุเหล่านี้มีพลังงานสูงเกินไป เช่น มีโปรตอนหรือนิวตรอนมากเกินไป จนกระทั่งแรงของนิวเคลียสรักษาความมีเสถียรภาพไว้ไม่ได้ จำต้องปล่อยกัมมันตรังสีหรือพลังงานบางส่วนออกมาโดยตลอด เพื่อที่จะไปสู่สถานะที่มีพลังงานน้อยลง และมีความเสถียรมากขึ้น
ปรากฏการณ์เช่นนี้สามารถพบได้ในระบบนิเวศและสังคมมนุษย์เช่นกัน ดังจะเห็นว่า ระบบนิเวศมนุษย์ได้ขยายตัวครอบคลุมไปทั่วโลก ใช้ต้นทุนทางธรรมชาติสิ้นเปลืองอย่างรวดเร็ว จนกระทั่งทำให้ระบบนิเวศโลกเกิดความเสื่อมโทรม หมดพลังในการสนองความต้องการมนุษย์ลง และระบบนิเวศมนุษย์ดูดกินพลังงานมากเกินไป จนมีความไม่เสถียรในทุกด้าน
นิวเคลียสของระบบนิเวศมนุษย์ได้แก่เมือง อันเป็นที่รวมศูนย์ของความมั่งคั่งและพลังงาน รอยเท้านิเวศเมืองนั้นใหญ่กว่าตัวเมืองเป็นอันมาก เช่น กรุงลอนดอนใหญ่กว่า 200 เท่า หมายถึงว่าเพื่อที่จะสนองการบริโภคและการกำจัดของเสียให้แก่ชาวลอนดอน ต้องใช้ที่ดินในโลกใหญ่กว่ากรุงลอนดอนถึง 200 เท่า (ดูเอกสารชื่อ London"s ecological footprint ใน environtment-agency.gov.uk, 2009) เหล่านี้ย่อมก่อความไม่เสถียรแก่เมืองเป็นอย่างยิ่ง และอาจล่มสลายได้ง่ายๆ เช่น โดยการแตกตัวของข่ายไฟฟ้าและระบบโลจิสติกส์เพียงไม่กี่วัน ก็ทำให้เมืองที่ดูมั่นคงเจริญรุ่งเรืองเกิดการจลาจลขึ้นได้
หรือเมื่อมองในแง่ลำดับชั้นทางสังคม ก็มีการรวมพลังงาน ได้แก่ ความมั่งคั่งและอำนาจไปสู่ชนชั้นนำจำนวนน้อย ซึ่งขบวนเคลื่อนไหวในสหรัฐให้ตัวเลขเป็นเชิงสัญลักษณ์ว่ามีเพียงร้อยละ 1 ที่เหลือร้อยละ 99 เป็นมวลชนรากหญ้า
การสะสมพลังงานมหาศาลนี้ก่อให้เกิดการเบียดขับ เพื่อเปลี่ยนตำแหน่งอย่างดุเดือดภายในชนชั้นนำเอง แม้จะมีการเรียกร้องให้ปรองดองกัน แต่ก็ดูไร้ผล เพราะว่ายังมีการดูดความมั่งคั่งและอำนาจสู่ชนชั้นนำอย่างต่อเนื่อง ทำให้ศูนย์กลางมีพลังงานมากเกินจนรักษาเสถียรภาพไว้ไม่ได้ ต้องปลดปล่อยพลังงานล้นเกินนี้ออกมา จนกว่าจะเกิดสถานะที่มีเสถียรภาพขึ้น
การแตกตัวภายในชนชั้นนำที่รวมศูนย์อำนาจไว้มากเกินเป็นสิ่งที่จำต้องเกิดขึ้น ช้าหรือเร็วเท่านั้น
ยูเรเนียม 235
กับการต้มน้ำแบบพิสดาร
เทคโนโลยีการนำพลังงานนิวเคลียร์มาใช้ในปัจจุบันที่สำคัญ เป็นการทำให้อะตอมของธาตุกัมมันตรังสีบางธาตุแตกตัวออก แม้ทฤษฎีสัมพัทธภาพจำเพาะของไอน์ไสตน์จะระบุว่าสสารและพลังงานมีค่าเท่ากับสสาร โดยมวลของสสารมีพลังงานจำนวนมหาศาลตามสูตรที่รู้จักกันดีว่า พลังงานเท่ากับมวลคูณด้วยความเร็วแสงยกกำลังสอง มีการนำสมการนี้มากล่าวให้เกิดความเคลิบเคลิ้มว่า มวลของกระดาษแผ่นหนึ่งมีพลังงานที่สามารถลากขบวนรถไฟไปได้รอบโลก แต่ในทางปฏิบัติเราไม่มีเทคโนโลยีที่ทำได้เช่นนั้น พลังงานที่ได้จากกระดาษที่ทำได้ง่ายๆ ตอนนี้ก็คือเผามัน
ในบรรดาธาตุกัมมันตรังสีก็มีแต่ธาตุยูเรเนียมเท่านั้นที่สามารถทำให้เกิดการแตกตัวได้ง่าย แต่เรื่องก็ยังไม่จบเพียงนั้น ยูเรเนียมที่พบในธรรมชาติกว่าร้อยละ 99 เป็นยูเรเนียม 238 มีเพียงร้อยละ 0.7 เท่านั้นที่เป็นยูเรเนียม235 ที่สามารถทำให้เกิดการแตกตัวของอะตอมเมื่อยิงด้วยอนุภาคนิวตรอน ส่วนยูเรเนียม 238 บางอะตอมที่ถูกยิงด้วยนิวตรอนความเร็วสูงก็ไม่แตกตัวกลับกลายเป็นธาตุพลูโตเนียมที่หนักกว่า
การจะใช้พลังงานนิวเคลียร์จึงต้องสกัดเอายูเรเนียม 235 ให้บริสุทธิ์ขึ้น เช่น มีสัดสวนราวร้อยละ 3 ถึง 5 ของทั้งหมด เพื่อที่ว่าเมื่ออะตอมของยูเรเนียม 235 แตกตัวแล้วจะปล่อยนิวตรอนออกมาอีกสองสามตัว ซึ่งก็จะพุ่งชนอะตอมยูเรเนียม 235 ต่อไปอีกเป็นปฏิกิริยาลูกโซ่
การแตกตัวของอะตอมยูเรเนียม 235 ทำให้เกิดความร้อนสูงมากทำให้น้ำเดือดได้ แต่ทั้งนี้ก็ต้องควบคุมไม่ให้ปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดเร็วเกินไปหรือน้ำแห้งไป ไม่เช่นนั้นจะเกิดการหลอมละลายของแท่งเชื้อเพลิงได้ ไอน้ำจากน้ำที่เดือดจะไปหมุนกังหันเพื่อให้เกิดกระแสไฟฟ้า นี้นับว่าเป็นการต้มน้ำที่มีความพิสดารอย่างสุดๆ
ในสมัยหินที่มนุษย์ยังไม่รู้จักทำภาชนะ การต้มน้ำสามารถทำได้ง่ายๆ โดยใช้หลุมหิน แล้วเผาก้อนหินจนร้อนจัด จากนั้นนำก้อนหินร้อนใส่ลงในน้ำเพื่อการหุงต้มอาหาร เมื่อรู้จักสร้างภาชนะ ได้แก่ เครื่องปั้นดินเผาก็ใช้ท่อนฟืนเป็นเชื้อเพลิงโดยตรง และมนุษย์ก็ได้ใช้ฟืน ถ่านและมูลสัตว์เป็นเชื้อเพลิงต่อมาอีกยาวนาน แม้ในยุคเครื่องจักรไอน้ำก็ยังใช้ท่อนฟืนเป็นเชื้อเพลิง
หลังจากนั้น มนุษย์ก็รู้จักการต้มน้ำโดยใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งก็ดูเป็นเรื่องตรงไปตรงมา
แต่การใช้เชื้อเพลิงนิวเคลียร์เพื่อการต้มน้ำนั้น ไม่ใช่เรื่องธรรมดา ถ้าหากไม่มีสถานการณ์พิเศษจริงๆ เราไม่น่าจะเร่งรีบคิดทำเช่นนั้น
พลังงานนิวเคลียร์เพื่อสงคราม
ในช่วงก่อนสงครามโลกครั้งที่ 2 ได้ปรากฏเหตุการณ์พิเศษในโลกตะวันตกหลายประการด้วยกัน ได้แก่
ก. ภาวะวิกฤติเศรษฐกิจใหญ่ เริ่มต้นที่เยอรมนีผู้พ่ายแพ้ในสงครามโลกครั้งที่ 1 ที่ถูกบังคับให้จ่ายค่าปรับสงครามจำนวนมหาศาล จนเกิดภาวะเงินเฟ้อที่รุนแรงขึ้นทุกที ผู้คนว่างงานจำนวนมาก ในที่สุดเกิดภาวะเงินเฟ้อสูงเกิน (Hyperinflation) ขึ้นในปี 1922-1923 ในช่วงเวลาใกล้กันนั้นพรรคนาซีที่ต่อต้านสนธิสัญญาสงบศึกแวร์ซายส์ และมีแนวคิดในการรวมเผ่าอารยันอันประเสริฐเข้าด้วยกันได้เรืองอำนาจขึ้น อดอล์ฟ ฮิตเลอร์ นักพูดฝีปากเยี่ยมได้ก้าวขึ้นเป็นผู้นำพรรคในปี 1921
สหรัฐที่ได้ก้าวขึ้นมาเป็นศูนย์กลางเศรษฐกิจโลกใหม่ ได้มีการขยายตัวทางเศรษฐกิจโดยอาศัยฟองสบู่อสังหาริมทรัพย์ จนเกิดระเบิดขึ้นในปี 1929 เกิดภาวะเศรษฐกิจตกต่ำใหญ่กินเวลานานเป็นทศวรรษ ชักนำให้เกิดภาวะเศรษฐกิจตกต่ำไปทั่วโลกด้วย
ข. วิกฤติเศรษฐกิจเป็นชนวนให้เกิดลัทธิชาตินิยมหรือรัฐนิยมของชนชั้นกลาง ซึ่งเพิ่มบทบาทของรัฐในการดำเนินนโยบายเศรษฐกิจ ซึ่งดูภายนอกมีสีสันคล้ายสังคมนิยม และเรียกชื่อกันต่างๆ เช่น ลัทธินาซีในเยอรมนี ลัทธิฟาสซิสม์ในอิตาลี และลัทธิทหารในญี่ปุ่น ประเทศทั้งสามนี้ต้องการแหล่งทรัพยากรธรรมชาติและขยายอาณานิยม
ค. จากเหตุดังกล่าว ก่อให้เกิดการแข่งขันทางอาวุธขนานใหญ่ในยุโรป ตั้งแต่ปี 1931 เป็นต้นมามีการพัฒนาอาวุธใหม่ๆ ได้แก่ เครื่องบิน รถถัง เรือดำน้ำ ปืนใหญ่ การแข่งขันทางอาวุธมีผลช่วยในการสร้างงานและผลักดันให้เศรษฐกิจฟื้นตัว การแย่งชิงอาณานิยมก็ช่วยสนองทรัพยากรที่ต้องการ
ง. เกิดความรู้ใหม่ ซึ่งส่วนหนึ่งได้จากการทดลองว่าแร่ยูเรเนียมสามารถแผ่กัมมันตรังสีรุนแรงได้ด้วยตัวเองตั้งแต่ปลายศตวรรษที่ 19 และทางทฤษฎีสัมพัทธภาพเฉพาะของไอน์สไตน์ในต้นศตวรรษที่ 20 นั่นคือมนุษย์ได้รู้ว่ามีพลังงานมหาศาลอยู่ในนิวเคลียสของอะตอม หากทำให้อะตอมของยูเรเนียมแตกตัวออกก็จะได้พลังงานสูงอย่างไม่เคยพบเห็นมาก่อน
การแข่งขันกันใช้พลังงานนิวเคลียร์และอาวุธนิวเคลียร์ได้ดำเนินไปอย่างดุเดือดในมหาอำนาจสำคัญคือเยอรมนี สหภาพโซเวียต และสหรัฐอเมริกา
ข่าวการที่นักวิทยาศาสตร์เยอรมนีสามารถทำให้อะตอมยูเรเนียมแตกตัวได้ แพร่มาถึงตะวันตกในต้นปี 1939 มีคณะนักวิทยาศาสตร์ที่จำนวนหนึ่งลี้ภัยจากเยอรมนีได้ทำจดหมายถึงประธานาธิบดีโรสเวลต์ของสหรัฐ เตือนว่าเยอรมนีอาจกำลังสร้างอาวุธนิวเคลียร์ขึ้น (แต่ในทางเป็นจริงไม่ได้ปฏิบัติเช่นนั้น)
ในจดหมายนี้มีไอนสไตน์ร่วมลงนามด้วย
จดหมายฉบับนั้นร่วมกับเหตุการณ์อื่น ได้แก่ การที่เยอรมนีบุกโปแลนด์ในเดือนกันยายน 1939 ทำให้โรสเวลต์ตั้งคณะกรรมาธิการยูเรเนียมขึ้นในเดือนตุลาคมปีเดียวกัน ถือว่าเป็นจุดเริ่มต้นของโครงการแมนฮัตตันที่เป็นการร่วมมือของรัฐบาลสหรัฐ อังกฤษและแคนาดาในการผลิตระเบิดนิวเคลียร์ขึ้น การแข่งขันทางอาวุธนิวเคลียร์ได้เริ่มขึ้นและจนบัดนี้ก็ยังไม่ยุติ
ในช่วงที่โครงการแมนฮัตตันมีขนาดใหญ่สุด ได้จ้างแรงงานกว่า 130,000 คน และเมื่อจบโครงการได้ใช้จ่ายเกือบ 2 พันล้านดอลลาร์ (คิดตามค่าเงินดอลลาร์ปี 2012 ตกเกือบ 26 พันล้านดอลลาร์) กว่าร้อยละ 90 ของค่าใช้จ่ายออกไปในการก่อสร้างและผลิตยูเรเนียมที่สามารถแตกตัวได้ น้อยกว่าร้อยละ 10 ใช้ในการพัฒนาและผลิตระเบิดนิวเคลียร์
นับว่าโครงการนี้ช่วยสร้างงานขึ้นมาก และเมื่อสหรัฐเข้าสู่สงคราม ก็ได้แปรอุตสาหกรรมผลเรือนเป็นอุตสาหกรรมทหาร และช่วยให้พ้นจากภาวะเศรษฐกิจตกต่ำใหญ่ไปได้
การใช้ประโยชน์จากพลังงานนิวเคลียร์เพื่อการสงครามในช่วงนั้นยังมีอีกประการหนึ่ง คือการสร้างเรือดำน้ำนิวเคลียร์ ซึ่งได้มีการเสนอขึ้นมาตั้งแต่ปี 1939 เรือดำน้ำนิวเคลียร์นั้นมีข้อดีที่สามารถดำน้ำได้นานกว่าและแล่นได้เร็วกว่าเรือดำน้ำปกติที่ต้องโผล่ขึ้นเหนือน้ำเป็นระยะ เป็นข้อได้เปรียบหนึ่งของการเป็นเจ้าสมุทร
การจะสร้างเรือดำน้ำนิวเคลียร์ได้ต้องใช้เทคโนโลยีที่สูงมาก หากทำได้การสร้างเตาปฏิกรณ์สำหรับโรงไฟฟ้าก็ไม่ใช่เรื่องยากนัก สหรัฐก็สามารถสร้างเรือดำน้ำนิวเคลียร์ลำแรก ตั้งชื่อว่า นอติลุส สำเร็จในปี 1954 และสร้างข่าวในการแล่นลอดใต้น้ำแข็งขั้วโลกเหนือเป็นครั้งแรก
สหภาพโซเวียตไล่ตามมาติดๆ ด้วยการพัฒนากองเรือใต้น้ำพลังนิวเคลียร์นับสิบลำ แต่สหรัฐก็ทิ้งห่างไปอีกเมื่อได้สร้างเรือบรรทุกเครื่องบินพลังนิวเคลียร์ที่ปล่อยลงน้ำในปี 1960
เป็นอันว่ามนุษย์สามารถใช้พลังงานนิวเคลียร์ได้แล้ว แต่อนาคตยิ่งดูน่าหวาดหวั่น
.
