โครงการแมนแฮตตันเป็นอย่างไร ตอนที่ 1

How the Manhattan Project Worked?

คลิกดูภาพยนตร์ระดับ SD

ตอนที่ 1 จุดเริ่มต้นของโครงการ

โกมล อังกุรรัตน์
อดีตผู้เชี่ยวชาญ ศูนย์ไอโซโทปรังสี (เกษียณ)
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

Image # 2.

รูปแสดงการทดสอบลูกระเบิดอะตอมครั้งแรกเมื่อ 16 ก.ค. 1945 เวลาเช้า 5:30 ที่มลรัฐนิวเม็กซิโก

คลิก  Image # 3. hd-people-mobile-image-750x352px

          เมื่อวันที่ 6 สิงหาคม 1945 พอล ทิบเบ็ตส์ (Paul Tibbets) นักบินเครื่องบิน B-29 ชื่อเอโนลาเกย์ (Enola Gay) ได้ทิ้งลูกระเบิดอะตอมที่เมืองฮิโรชิมา ลูกระเบิดลูกนี้มีชื่อเล่นเรียกกันว่า “เจ้าหนูน้อย (Little Boy)” โดยระเบิดมีแรงระเบิดเทียบเท่ากับระเบิดทีเอ็นที 15,000 ตัน ได้ทำลายบ้านเรือนภาคพื้นดินเกือบทุกหลังในรัศมีหนึ่งไมล์ ทำให้เกิดเปลวเพลิงขนาดใหญ่กลืนเมือง เชื่อกันว่า มีผู้เสียชีวิตทันทีภายหลังการระเบิด 70,000 คนแต่หลังจากสิ้นปี 1945 ยอดผู้เสียชีวิตอาจจะมีจำนวนมากถึง 100,000 คน และ 200,000 คน เสียชีวิตหลังจาก 5 ปี อันเป็นผลมาจากการแผ่รังสี (แหล่งที่มา : กระทรวงพลังงานประเทศสหรัฐอเมริกา (US DOE)) สามวันต่อมา ในวันที่ 9 สิงหาคม ลูกระเบิดลูกที่สองได้ถูกทิ้งในเมืองอุตสาหกรรมนางาซากิ ลูกระเบิดลูกนี้มีชื่อเล่นว่า “ชายอ้วน (Fat Man)” ระเบิดลูกนี้ได้ทำลายล้างชีวิตไป 40,000 คนในเบื้องต้น และมีผู้เสียชีวิตตามมาอีก 70,000 คน หลังจากสิ้นปี และ 140,000 คนเสียชีวิตหลังจากห้าปี (แหล่งที่มา : US DOE) ญี่ปุ่นยอมจำนนต่อกองทัพพันธมิตรเมื่อวันที่ 14 สิงหาคม 1945 และเป็นอันสิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สองอย่างเป็นทางการ

การพัฒนาและการใช้ลูกระเบิดอะตอม อาวุธที่มีประสิทธิภาพที่สุดที่สร้างขึ้นโดยมนุษย์ ถูกมองว่าสำคัญที่สุด และนำมาซึ่งเหตุของความขัดแย้งในศตวรรษที่ยี่สิบ ด้วยศักยภาพที่น่ากลัวที่สามารถทำลายล้างเมืองได้ทั้งเมือง และเป็นสัญลักษณ์ของพลังอำนาจ ที่จุดประกายความตึงเครียดการแข่งขันด้านอาวุธนิวเคลียร์ ระหว่างสหรัฐอเมริกาและสหภาพโซเวียต หลังจากสิ้นสุดสงคราม สงครามสมัยใหม่ได้เปลี่ยนไปอย่างมากในช่วงต้นของศตวรรษ นับตั้งแต่เครื่องบิน ปืนกล และสงครามเชื้อโรคและสงครามเคมี ที่เป็นเพียงไม่กี่อย่างของความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี ที่ทำให้เกิดความเสียหายอย่างอย่างกว้างขวางรุนแรง และเปลี่ยนแปลงกลยุทธ์ทางการทหาร แต่ลูกระเบิดอะตอมเป็นเรื่องที่แตกต่างออกไป บางคนคิดว่าการมีลูกระเบิดอะตอมทำให้สามารถที่จะยุติสงครามได้ทั้งหมด ในขณะที่คนอื่น ๆ กลัวในศักยภาพในการที่จะทำลายล้างเผ่าพันธุ์มนุษย์

โครงการแมนแฮตตัน เป็นชื่อรหัสสำหรับแผนความลับของสหรัฐอเมริกา ที่จะพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์เพื่อใช้ในการทำสงคราม เป็นการกำหนดอย่างกว้าง ๆ สำหรับบุคลากร ที่ตั้งทางภูมิศาสตร์ และทรัพยากรที่เกี่ยวข้องในการวิจัยด้านปรมาณู ในระหว่างสงครามโลกครั้งที่สอง หลายความคิด และยังมีความคิดเห็นที่ต่างออกไป ในการตัดสินใจที่จะใช้ลูกระเบิดในญี่ปุ่น รวมทั้งหลาย ๆ คนที่มีส่วนช่วยในการสร้างลูกระเบิด บางคนรู้สึกว่ามันเป็นการช่วยชีวิตคน และทำให้สิ้นสุดสงครามโลกครั้งที่สอง ขณะที่บางส่วนมีข้อโต้แย้งว่า ญี่ปุ่นจะต้องยอมจำนนอยู่แล้วไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง์

พวกเขาทำมันได้อย่างไร ใครที่มีส่วนเกี่ยวข้อง ทำไม่จึงเรียกว่าโครงการแมนแฮตตัน ในบทความนี้จะมองเจาะใกล้ ๆ ที่โครงการแมนแฮตตัน และเครือข่ายที่กว้างขวางของนักวิทยาศาสตร์ และการจัดการบุคลากรของกองทัพ ที่จะสร้างสิ่งที่มีพลังงานที่มีประสิทธิภาพที่สุดเท่าที่โลกได้เคยเห็นมา

รหัสยนัยใดที่อยู่ในชื่อ (What’s in a Name?)

หลาย ๆ คนอาจจะคิดว่า การที่ให้ชื่อว่า โครงการแมนแฮตตัน เพื่อทำให้เกิดความสับสนของหน่วยราชการลับของต่างประเทศ ที่สำคัญที่สุดก็คือ สถานที่ตั้งที่สำคัญที่สุดของโครงการก็ซ่อนตัวอยู่ในที่ ๆ ไม่มีความสำคัญ ห่างออกไปที่ลอสอะลาโมส มลรัฐนิวเม็กซิโก ดังนั้นชื่อโครงการแมนแฮตตันเป็นการสุ่มชื่อ ที่จะหันเหความสนใจจากสายลับคอมมิวนิสต์

มีสถานที่อยู่อย่างน้อยกว่าสิบแห่งในโครงการ ที่ทุมเทความพยายามเกี่ยวกับลูกระเบิดนิวเคลียร์ของโครงการแมนแฮตตัน หนึ่งในห้าเมืองอยู่ในนครนิวยอร์ก กองทัพทหารช่างตั้งอยู่ที่ 270 ถนนบรอดเวย์ ได้รับคำสั่งให้สร้างลูกระเบิดนิวเคลียร์ และโดยสถานที่เริ่มแรกของสำนักงานใหญ่โครงการอยู่ภายในอาคารของตัวเอง เมื่อมีการตัดสินใจที่จะยืดขอบเขตของโครงการ เพื่อความแน่ใจของการรัษาความปลอดภัย กองกำลังยังคงจัดการให้สถานที่การจัดการสร้าง ยังคงอยู่ในมลรัฐนิวเม็กซิโก เทนเนสซี และวอชิงตัน ห่างจากสำนักงานในแมนแฮตตัน สถานที่อื่นอีกหลายแห่งรอบ ๆ นครนิวยอร์ก รวมทั้งมหาวิทยาลัยโคลัมเบีย ที่ใช้เป็นศูนย์กลางการวิจัย หรือใช้เก็บรวบรวมยูเรเนียม (แหล่งที่มา นิวยอร์กไทมส์)

การค้นพบการแบ่งแยกนิวเคลียส (The Discovery of Nuclear Fission)

  

        เพื่อช่วยให้เข้าใจโครงการแมนแฮตตัน และการทิ้งลูกระเบิดที่ฮิโรชิมาและนางาซากิ ถึงความก้าวหน้าที่เกิดขึ้นทางฟิสิกส์ ถึงความเป็นไปจนกระทั่งสงครามโลกครั้งที่สอง ระหว่างปี 1919และต้นทศวรรษ 1930 นักวิทยาศาสตร์กำลังอยู่ในช่วงประติดประต่อในหลายส่วนสำคัญของโครงสร้างอะตอม ในปี 1919 ที่มหาวิทยาลัยแมนเชสเตอร์ในอังกฤษ นักฟิสิกส์ชาวนิวซีแลนด์ชื่อเออเนสต์ รัทเทอร์ฟอร์ด (Ernest Rutherford) ได้ค้นพบโปรตอนที่เป็นอนุภาคประจุบวกอยู่ในนิวเคลียสของอะตอม ควบคู่ไปกับอิเล็กตรอนที่มีประจุลบวิ่งอยู่รอบ ๆ นิวเคลียสศูนย์กลาง ทำให้เป็นเกิดเป็นอะตอม

มีปัญหาหนึ่งที่นักฟิสิกส์ไม่สามารถอธิบายได้คือ ทำไมธาตุต่าง ๆ กัน จึงมีน้ำหนักที่ต่างกัน ซึ่งส่วนนี้ยังคงเป็นปริศนาอยู่จนกระทั่งปี 1932 เมื่อเจมส์ แซดวิก (James Chadwick) หนึ่งในผู้ร่วมงานของรัทเทอร์ฟอร์ด ได้ค้นพบนิวตรอน อนุภาคย่อยชนิดที่สามของอะตอมซึ่งไม่มีประจุ นิวตรอนใช้พื้นที่ร่วมกันกับโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอม ในขณะที่จำนวนของโปรตอนและอิเล็กตรอน มีเท่ากันสำหรับธาตุใด ๆ ดังตัวอย่างของคาร์บอนมีจำนวน โปรตอน 14 อนุภาค และอิเล็กตรอน 14 อนุภาค แต่สามารถที่จะมีจำนวนนิวตรอนที่แตกต่างกัน ข้อนี้จึงเป็นคำอธิบายว่า ทำไมอะตอมคาร์บอนจึงมีน้ำหนักที่ต่าง ๆ กัน ถึงแม้ว่าจะเป็นธาตุคาร์บอนเหมือนกัน น้ำหนักอะตอมที่แตกต่างกันนี้เป็นที่รู้จักกันในชื่อว่า ไอโซโทป

ในช่วงเวลานั้นนักวิทยาศาสตร์เริ่มมีการใช้เครื่องเร่งอนุภาค ในการนำมาระดมยิงนิวเคลียสของอะตอม ด้วยความหวังที่จะแยกอะตอมและให้พลังงานออกมา ในขั้นแรกก็ประสบความสำเร็จน้อยมาก เครื่องเร่งอนุภาคแรก ๆ ใช้ระดมยิงโปรตอนและอนุภาคแอลฟา ซึ่งอนุภาคทั้งสองชนิดนี้มีประจุเป็นบวก แม้ว่าที่ความเร็วสูง ๆ อนุภาคเหล่านี้ก็ถูกผลักออกอย่างง่ายดายโดยนิวเคลียสที่มีประจุบวก และด้วยรูปแบบนี้ทั้งรัทเทอร์ฟอร์ด แอลเบิร์ต ไอสไตน์ (Albert Einstein) และนีลส์ โบร์ (Niels Bohr) รู้ว่า การที่จะควบคุมพลังงานอะตอมยังห่างไกลจากความเป็นไปได้

          การเปลี่ยนแปลงได้เกิดขึ้นในปี 1934 เมื่อนักฟิสิกส์ชาวอิตาลีชื่อว่า เอ็นรีโก แฟร์มี (Enrico Fermi) คิดที่จะใช้นิวตรอนสำหรับเป็นกระสุนยิง ทั้งนี้เพราะนิวตรอนไม่มีประจุ มันสามารถที่จะวิ่งชนนิวเคลียสของอะตอมได้โดยไม่มีแรงผลัก ทำให้เขาประสบความสำเร็จในการยิงธาตุหลาย ๆ ธาตุ และทำให้เกิดธาตุกัมมันตรังสีใหม่ ๆ จากกระบวนการนี้ อะไรที่แฟร์มีได้ดำเนินการไปไม่ได้การรับรองว่า เขาเป็นผู้ค้นพบกระบวนการแบ่งแยกนิวเคลียสหรือนิวเคลียร์ฟิชชัน นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันสองท่าน คือ ออตโท ฮาน และฟริทซ์ ชตราสส์มันน์ (Otto Hahn and Fritz Strassmann) เป็นผู้ได้รับการยอมรับครั้งแรกอย่างเป็นทางการ ของการค้นพบกระบวนการนิวเคลียร์ฟิชชันในปี 1938 เมื่อพวกเขาประสบความสำเร็จในการแบ่งแยกอะตอมของยูเรเนียมออกเป็นสองส่วน หรือมากกว่าสองส่วน

Image # 4.

เม็ดเชื้อเพลิงยูเรเนียมออกไชด์ สำหรับผลิตพลังงานนิวเคลียร์

          ยูเรเนียมเป็นธาตุที่มีอยู่ในธรรมชาติที่หนักที่สุดบนพื้นโลก ที่มีส่วนเกี่ยวข้องในหลาย ๆ กระบวนการในเบื้องต้น และกลายเป็นหัวข้อที่น่าสนใจเป็นอย่างยิ่งทางฟิสิกส์ด้วยเหตุผลสองสามข้อ ยูเรเนียมเป็นธาตุในธรรมชาติที่หนักที่สุด ด้วยจำนวนโปรตอน 92 อนุภาค ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่ตรงกันข้าม จะมีน้ำหนักที่เบามาก ๆ และมีเพียงโปรตอนหนึ่งอนุภาคเท่านั้น ส่วนที่น่าสนใจเกี่ยวกับยูเรเนียมก็คือ แม้ว่าจะมีจำนวนโปรตอนที่ไม่มาก แต่มีจำนวนนิวตรอนที่มากผิดปกติในไอโซโทปแต่ละชนิด ไอโซโทปหนึ่งคือยูเรเนียม-235 มีจำนวนโปรตอน 143 อนุภาค และเหนี่ยวนำให้เกิดฟิชชันได้อย่างง่ายดาย

เมื่ออะตอมของยูเรเนียมถูกแบ่งแยก จะมีน้ำหนักสูญเสียไปเป็นไปตามสมการอันสำคัญของไอสไตน์ คือ E=mc2 เมื่อ E คือพลังงาน m เป็นมวล และ c เป็นความเร็วของแสง มวลสามารถที่จะมีการเปลี่ยนไปเป็นพลังงานได้ ยิ่งมีปริมาณมวลมาก ก็ยิ่งทำให้สามารถทำให้เกิดพลังงานได้มาก ยูเรเนียมมีน้ำหนักมากเพราะมีจำนวนโปรตอนและนิวตรอนมาก ดังนั้นเมื่อมีการแบ่งแยกออกเป็นสองส่วน หรือมากกว่าสองส่วน ก็ยิ่งทำให้มีการสูญเสียมวลยิ่งมาก การสูญเสียมวลของอะตอมเล็ก ๆ เป็นเรื่องที่เทียบเท่ากับการทำให้เกิดพลังงานอย่างมหาศาล

จากรายละเอียดดังกล่าว การแบ่งแยกของยูเรเนียมทำให้ได้นิวตรอนพิเศษเพิ่มขึ้นอีกสองสามอนุภาค จากปริมาณยูเรเนียมหนึ่งปอนด์จะมีจำนวนล้านล้านล้านอะตอมของยูเรเนียม ทำให้มีโอกาสสูงมากที่นิวตรอนที่เกิดเพิ่มมาจากการแบ่งแยกดังกล่าว เกิดการชนกับอะตอมของยูเรเนียม แล้วทำให้เกิดปฏิกริยาฟิชชันตามมาอีก ด้วยเหตุนี้ ในทางฟิสิกส์จึงให้ความสนใจในความหมายของการควบคุมปฏิกิริยาลูกโซ่ ที่ทำให้มีความปลอดภัยในการใช้พลังงานนิวเคลียร์ ในขณะที่ปฏิกิริยาลูกโซ่ที่ไม่สามารถที่จะควบคุมได้ จะมีศักยภาพทำให้เกิดการทำลายล้าง

ในรายละเอียดต่อไปก็จะพูดถึงเกี่ยวกับที่สหรัฐอเมริกาตัดสินใจที่จะสร้างลูกระเบิดนิวเคลียร์
ถอดความจาก http://science.howstuffworks.com/manhattan-project3.htm

ดูต่อตอนที่ 2