สรางธาตุ

เมื่อ 450 ปกอนคริสตกาล Empedocles นักปราชญชาติกรีกไดเคยสอนไววาสรรพสิ่งทั้งหลาย ในโลกนี้ประกอบดวยธาตุ 4 ชนิด คือ ดิน นํ้ า ลม และไฟ ในเวลาตอมา Aristotle ไดเพิ่มเติมความคิดนี้วา นอกจากในโลกจะมีธาตุทั้ง 4 ชนิดแลว นอกโลกยังมีธาตุอีกชนิดหนึ่งที่เรียกวา ether ดวย

และอีก 2,000 ปตอมานักวิทยาศาสตรไดทดสอบความคิดเรื่ององคประกอบของโลกนี้และพบวาผิด เพราะลมหรืออากาศนั้น แทที่จริงแลวยังประกอบดวย ออกซิเจนและไนโตรเจนหรือนํ้า ก็ประกอบดวย ไฮโดรเจนและออกซิเจนหรือดินประกอบดวยซิลิกอน ออกซิเจน ไนโตรเจนและธาตุอื่นๆ อีกหลายธาตุ สวน ether นั้น นักฟสิกสก็ไดพบเมื่อประมาณ 100 ปมานี้ วา ไมมี ไมมี และไมมี

คํ าถามที่ติดตามมาคือ ในบรรดาสสารตางๆ ที่เราเห็นและสัมผัสไดนั้น เราสามารถจะรูไดอยางไร วามันประกอบดวยธาตุอะไรบางในการตอบคําถามนี้ Robert Boyle นักเคมีชาวอังกฤษ ไดใหคํ าจํ ากัดความ ของธาตุไวเมื่อประมาณ 336 ปกอนนี้วา ธาตุ คือสิ่งที่เราไมสามารถแบงแยกทาง โดยกระบวนการทางเคมี ออกเปนสวนประกอบที่เล็กกวาลงไป นักวิทยาศาสตรเรียกสิ่งที่สุดของธาตุวาอะตอม (atom)

ทุกวันนี้นักวิทยาศาสตรไดพบวามีธาตุทั้งหมด 94 ชนิดในธรรมชาติ และในบรรดาธาตุธรรมชาติทั้งหมดนี้ ไฮโดรเจนเปนธาตุที่เบาที่สุด และพลูโตเนียมเปนธาตุที่หนักที่สุด และเขายังรูอีกวาอะตอมของธาตุที่ตางกันจะมี รูปรางและคุณสมบัติที่ไมเหมือนกัน เชนเดียวกับกรณีบานคนที่มีหองเดียว และปราสาทของมหาเศรษฐีก็มีหอง ไดหลายหอง สํ าหรับกรณีอะตอมของไฮโดรเจนที่เบาที่สุด และเล็กที่สุดนั้นมีอนุภาคโปรตอน (proton) หนึ่งตัว และอิเล็กตรอน (electron) หนึ่งตัวโคจรอยูรอบๆ สวนอะตอมของยูเรเนียมจะมีโปรตอน 92 ตัว และอนุภาค นิวตรอน (neutron) 146 ตัว รวมกันอยูที่แกน (nucleus) และมีอิเล็กตรอน 92 ตัว โคจรอยูรอบๆ อะตอมของธาตุ เหลานี้เวลาทําปฏิกิริยาเคมีกันจะมีโมเลกุล(molecule) ใหมเกิดขึ้น ยกตัวอยางเชน โมเลกุลนํ้ าทุกโมเลกุลจะ ประกอบดวย ไฮโดรเจน 2 อะตอม และออกซิเจน 1 อะตอม หรือโมเลกุล ของ DNA จะมีอะตอมของธาตุตางๆ ถึง แสนลานอะตอม เปนตน

นอกจากธาตุทั้ง 94 ชนิดที่มีในธรรมชาติแลว นักวิทยาศาสตรยังไดประสบความสํ าเร็จในการสังเคราะห ธาตุใหมๆ ขึ้นมาอีก 18 ธาตุ ซึ่งธาตุประดิษฐเหลานี้ไดแก Americium(95), Curium(96), Berkelium(97), Californium(98), Einsteinium(99), Fermium(100), Mendelevium(101), Nobelium(102), Lawrencium(103), Rutherfordium(104), Dubnium(105), Seaborgium(106), Bohrium(107), Hassium(108) และ Meitnerium (109) สวนธาตุอีก 3 ธาตุที่เหลือคือธาตุที่ 110, 111 และ 112 นั้น ยังไมไดรับการตั้งชื่อ ยางเปนทางการ

สําหรับวิธีการที่นักวิทยาศาสตร ใชในการสังเคราะหธาตุใหมๆ ก็คือใชวิธีระดมยิงอะตอมของธาตุหนึ่งดวย อะตอมของอีกธาตุหนึ่ง เชนในการสังเคราะหธาตุ ที่ 112 เมื่อปกลายนี้ นักวิทยาศาสตรที่สถาบัน Heavy ion Research ที่เมือง Darm stadt ในประเทศเยอรมนีไดใชอะตอมของสังกะสี (zinc 30) จํ านวน 5 ลาน ลาน ลาน อะตอม ยิงอะตอมของตะกั่ว (lead82) ในการยิงครั้งนั้น อะตอมของสังกะสีมีความเร็วสูง 112 ลาน กิโลเมตร/ชั่ว โมง ผลการยิงปรากฏวาไดอะตอมของธาตุ 112 2 อะตอม และอะตอมของธาตุที่เกิดใหมนี้อายุขัยอยูไดนานถึง 0.0028 วินาทีก็สลายตัวไป

การทดลองสังเคราะหธาตุใหมที่ผานมาทุกครั้งไดแสดงใหเห็นวา ธาตุใหมๆ หากยิ่งหนัก อายุขัยก็ยิ่งสั้น เชน ธาตุ Hassium(108) มีชีวิตอยูนานประมาณ 1 วินาที และธาตุที่ 111 มีชีวิตอยูได นาน 0.0015 วินาที เปนตน

แตขณะนี้คณะฟสิกสจาก 3 สถาบันอันไดแก (1) Institute for Heavy lon Research ที่ Damstadt ในประเทศเยอรมนี(2) Lawrence Berkeley National Laboratory ในประเทศ สหรัฐอเมริกา และ (3) Joint Institute for Nuclear Research ที่ Dubna ในรัสเซียกําลังวางแผนจะ สังเคราะหธาตุที่ 114 แขงกัน คณะนักทดลองทีมใด สามารถสังเคราะหธาตุที่ 114 ไดเปนคณะแรก ผูคนใน วงการฟสิกสคาดหวังวาคณะนักทดลองชุดนั้น จะไดรับรางวัลโนเบลสาขาฟสิกสในปนั้นทันที

และเมื่อวันที่ 27-28 ตุลาคมที่ผานมานี้คณะนักวิทยาศาสตรจากสถาบันวิจัยทั้ง 3 ไดประชุมกันที่เมือง Houston ในรัฐ Texas เพื่อกํ าหนดการที่จะเดินเครื่องเรงอะตอมเพื่อสรางธาตุที่ 114 ในฤดูใบไมผลิที่จะถึงนี้

นักฟสิกสทฤษฎีนั้นเชื่อวาธาตุที่ 114 ซึ่งมีอนุภาคโปรตอน 114 ตัว และนิวตรอน 184 ตัวในนิวเคลียสจะ เปนธาตุที่เสถียรมาก คือมีชีวิตอยูไดนานเปนป

แตก็มีทฤษฎีบางทฤษฎีที่ทํานายวา หากใครสังเคราะหธาตุที่ 114 ไดมันจะปรากฏตัวใหดู อยูนานถึงลานป นักจิตนาการบางคนคิดไกลไปถึงธาตุใหมนี้ อาจจะนํามาทําเปนวัสดุชนิดใหม หรืออาจจะ เปนแหลงพลังงานรูปใหม หรือ อาจ จะนํ ามาทําเปนระเบิดมหาประลัยชนิดใหมก็ได

แตกอนจะบรรลุถึงธาตุที่ 114 คณะนักฟสิกสของเยอรมนี ก็ไดพยายามมานานพอสมควร แลวที่จะสรางธาตุที่ 113 โดยการยิงอะตอมของ bismuth ดวยอะตอมของสังกะสี ถาการสราง ธาตุที่ 113 นี้ประสบความสํ าเร็จ เขาก็จะยิงอะตอมของตะกั่ว ดวยอะตอมของ germanium เพื่อสราง ธาตุที่ 114 ตอไป สวนนักวิทยาศาสตรของอเมริกาก็ไดวางแผนจะหลอมรวม plutonium-224 หรือ calcium-48 เพื่อสรางธาตุ 114 ที่มี นิวตรอน 174 ตัว คณะวิจัยของอเมริกาคาดหวังวาธาตุ 298 114 ที่เขาจะสรางขึ้นนี้มีเสถียรภาพสูงกวาธาตุที่ 114 ที่ เยอรมัน จะสรางมาก และหากประสบความสํ าเร็จทีมวิจัย ของสหรัฐฯ ก็เปลี่ยนเปา plutonium-224 เปน curium-248 เพื่อสรางธาตุที่ 116 ซึ่งมีอนุภาค นิวตรอน 176 ตัว ในนิวตรอน 176 ตัว ใน นิวเคลียสตอไป

ไมวาคณะนักวิจัยทีมใด จะประสบความสําเร็จกอนหรือหลังเพียงใด เรื่องนี้ก็ไมไดเปนเรื่องคอขาด บาดตายแตอยางใด ที่สำคัญคือ นักวิทยาศาสตรทุกคนกํ าลังตื่นเตน และกํ าลังรอคอยที่จะไดเห็นธาตุชนิดใหม่ อุบัติในโลก และนักวิทยาศาสตรทุกคนก็เชื่อวาความฝนนั้นใกลจะเปนความจริงแลวภายในที่ไมนานเกินรอ เพราะทันทีที่มีประกาศไดมีการพบธาตุที่ 114 แลวนักฟสิกสนิวเคลียรและนักเคมีนิวเคลียรหลายคน จะหันมา สนใจและศึกษาธาตุใหมนี้ นักฟสิกสก็จะศึกษาสมบัติทางกายภาพของธาตุใหม เพื่อจะใหเขาใจวานิวเคลียส ของธาตุใหมมีสภาพเชนไร นักเคมีก็จะสนใจวาธาตุใหมมีปฏิกิริยาเคมีกับ ธาตุ “เกา” อยางไรบาง

และจากการที่นักทฤษฎีฟสิกส ไดทํานายไววาธาตุที่ 126 จะมีเสถียรภาพสูงกวา ธาตุที่ 114 ขึ้น ไปอีก ดังนั้นธาตุ 126 ก็นาจะเปนเปาหมายในการสังเคราะหธาตุใหมตอไปในอนาคต แตหากจะมีการกลาวถึง ธาตุที่หนักกวาธาตุ 126 ละก็ ทฤษฎีฟสิกสที่เรามีในปจจุบันยังอยูสภาพที่ไมดีพอที่จะใชทํานายอะไรๆ เกี่ยวกับสมบัติของธาตุที่หนักกวา 126 ไดเลย

ดังนั้น นักฟสิกสจึงมีงานสรางสรรคที่จะตองกระทําอีกมากครับ

ที่มา : ดร.สุทัศน์ ยกส้าน
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)