
อาวุธนิวเคลียร์ เป็นอาวุธที่ใช้พลังงานจากปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิชชัน (Fission) ซึ่งเกิดจากการแตกตัวของนิวเคลียสอะตอม เช่น ยูเรเนียม-235 หรือพลูโตเนียม-239 ทำให้ปลดปล่อยพลังงานมหาศาลในเวลาเสี้ยววินาที
ในกระบวนการผลิตอาวุธนิวเคลียร์จำเป็นต้องใช้วัสดุฟิชชันที่มีความบริสุทธิ์สูงมาก โดยเฉพาะยูเรเนียมที่ถูกเสริมสมรรถนะให้มีสัดส่วนของไอโซโทปยูเรเนียม U-235 มากกว่า 90% ในทางตรงกันข้าม
แต่สำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใช้ยูเรเนียมเสริมสมรรถนะต่ำ (3–5%) เพื่อควบคุมปฏิกิริยาให้เกิดอย่างช้า ๆ และสม่ำเสมอเพื่อผลิตพลังงานไฟฟ้าอย่างปลอดภัย ความแตกต่างหลักอยู่ที่ “ระดับการเสริมสมรรถนะ” และ “อัตราการเกิดปฏิกิริยา” ซึ่งแยกการใช้งานสันติออกจากการใช้สร้างระเบิดนิวเคลียร์ทางทหารอย่างสิ้นเชิง
ทำความรู้จักยูเรเนียม (Uranium)
ยูเรเนียม (Uranium) เป็นแร่ธาตุที่มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในโลกยุคใหม่ ไม่ว่าจะในด้านพลังงานสะอาด หรือในด้านการทหาร ยูเรเนียมธรรมชาติไม่สามารถใช้งานได้ทันที จึงจำเป็นต้องผ่านกระบวนการที่เรียกว่า “การเสริมสมรรถนะ” (Enrichment) เพื่อเพิ่มสัดส่วนของไอโซโทปที่สามารถเกิดฟิชชันได้ โดยเฉพาะยูเรเนียม-235 ซึ่งมีอยู่น้อยมากในธรรมชาติ
ยูเรเนียมเป็นธาตุที่พบในเปลือกโลกในปริมาณประมาณ 2-4 ส่วนในล้านส่วน (ppm) โดยมีไอโซโทปหลักคือยูเรเนียม-238 คิดเป็นสัดส่วนประมาณ 99.3% ขณะที่ยูเรเนียม-235 ซึ่งเป็นไอโซโทปที่สามารถแตกตัวได้ด้วยนิวตรอนช้าและใช้ในการผลิตพลังงานนิวเคลียร์หรืออาวุธนิวเคลียร์ มีอยู่เพียงประมาณ 0.7% เท่านั้น
นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่ายูเรเนียมไม่ได้เกิดขึ้นบนโลก แต่เป็นของขวัญจากจักรวาล ที่เกิดจากการระเบิดของดาวฤกษ์ในอดีต เช่น การระเบิดของดาวฤกษ์ขนาดใหญ่ (Supernova) การชนกันของ ดาวนิวตรอน (Neutron star collision) กระจายตัวอยู่ในกลุ่มฝุ่นและแก๊สในเอกภพ และกลายเป็นส่วนหนึ่งของเนบิวลา ซึ่งเป็นวัตถุดิบที่ก่อตัวเป็นระบบสุริยะ เมื่อโลกกำลังก่อตัวเมื่อประมาณ 4.6 พันล้านปีก่อน ยูเรเนียมจึงกลายเป็นส่วนหนึ่งของวัสดุตั้งต้นของโลก
แหล่งแร่ยูเรเนียมสำคัญของโลกได้แก่ แคนาดา บริเวณแหล่งแร่ซิการ์ เลก (Cigar Lake) และแมคอาร์เธอร์ ริเวอร์ (McArthur River), ออสเตรเลีย บริเวณโอลิมปิก แดม (Olympic Dam), คาซัคสถาน บริเวณอินซิตู ลีชชิง (In-Situ Leaching), รวมถึงประเทศในแอฟริกาอย่างนามิเบียและไนเจอร์ และรัสเซีย ขณะที่อิหร่านเองก็มีแหล่งยูเรเนียมขนาดเล็ก เช่น เหมืองซาแกนด์ (Saghand) และกซีน (Gchine)
สรุปข่าว
การเสริมสมรรถนะยูเรเนียมคืออะไร?
การเสริมสมรรถนะยูเรเนียม (Uranium Enrichment) คือ กระบวนการเพิ่มสัดส่วนของไอโซโทปยูเรเนียม-235 ให้สูงขึ้นกว่าที่พบตามธรรมชาติ ซึ่งมีอยู่เพียงประมาณ 0.7% กระบวนการนี้มีความจำเป็นเพราะยูเรเนียม-235 เป็นไอโซโปที่สามารถแตกตัวได้และใช้เป็นเชื้อเพลิงหลักในปฏิกิริยานิวเคลียร์
การเสริมสมรรถนะมีระดับแตกต่างกันตามวัตถุประสงค์ของการใช้งาน เช่น สำหรับเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์เชิงพาณิชย์ทั่วไป จะต้องการยูเรเนียมที่มีความเข้มข้นของยูเรเนียม-235 ประมาณ 3–5% เรียกว่า Low-Enriched Uranium หรือ LEU
ในกรณีของเครื่องปฏิกรณ์เพื่อการวิจัย อาจใช้ความเข้มข้นประมาณ 20% เรียกว่า Medium-Enriched Uranium
ส่วนกรณีที่ต้องการสำหรับผลิตอาวุธนิวเคลียร์จะต้องมีการเสริมสมรรถนะให้ได้ยูเรเนียม-235 ในระดับสูงมากกว่า 90% จึงเรียกว่า Highly-Enriched Uranium (HEU) ซึ่งถือเป็นระดับที่มีความเสี่ยงด้านความมั่นคงสูง
กระบวนการเสริมสมรรถนะยูเรเนียม
1. กระบวนการแพร่แก๊ส (Gaseous Diffusion)
กระบวนการนี้อาศัยหลักการที่ว่าโมเลกุลของยูเรเนียม-235 เบากว่ายูเรเนียม-238 เล็กน้อย จึงเคลื่อนที่ได้เร็วกว่า เมื่อนำแก๊สยูเรเนียมเฮกซะฟลูออไรด์ อัดให้ไหลผ่านแผ่นกรองที่มีรูเล็กมาก ยูเรเนียม-235 จะทะลุผ่านได้มากกว่าเล็กน้อย ต้องทำซ้ำหลายพันขั้นตอนจึงได้ยูเรเนียมที่เข้มข้นขึ้น
กระบวนการนี้เคยได้รับความนิยมในอดีต แต่ใช้พลังงานสูงและโรงงานมีขนาดใหญ่ ปัจจุบันเริ่มถูกแทนที่ด้วยเทคโนโลยีใหม่กว่าอย่างการหมุนเหวี่ยง และเลิกใช้โดยสิ้นเชิงในหลายประเทศ เช่น สหรัฐฯ ยกเลิกในปี 2013
2. กระบวนการหมุนเหวี่ยง (Gas Centrifuge)
กระบวนการหมุนเหวี่ยงใช้การหมุนด้วยความเร็วสูงในท่อทรงกระบอกเพื่อแยกไอโซโทปยูเรเนียม-235 ออกจากไอโซโทปยูเรเนียม-238 โดยอาศัยแรงเหวี่ยง โมเลกุลที่หนักกว่าจะเคลื่อนไปชิดขอบด้านนอก ส่วนที่เบากว่าไอโซโทปยูเรเนียม-235 จะกระจุกอยู่ใกล้แกนกลาง ทำให้สามารถเก็บแยกได้ทีละน้อย ต้องทำต่อเนื่องหลายขั้นเช่นกัน
ข้อดีของกระบวนการนี้ คือ ใช้พลังงานน้อยกว่าการแพร่แก๊สมาก และสามารถสร้างโรงงานขนาดเล็กได้ง่ายกว่า จึงเป็นวิธีหลักที่นิยมในปัจจุบัน
3. กระบวนการใช้เลเซอร์ (Laser Isotope Separation)
กระบวนการนี้เป็นเทคโนโลยีรุ่นใหม่ที่ใช้ลำแสงเลเซอร์ยิงไปยังอะตอมหรือโมเลกุลของยูเรเนียม เพื่อแยกเฉพาะไอโซโทปยูเรเนียม-235 โดยอาศัยการดูดกลืนพลังงานแสงที่แตกต่างกัน วิธีนี้แม่นยำสูง
ข้อดีของกระบวนการนี้ คือ มันใช้พลังงานน้อย และผลิตของเสียน้อยกว่าวิธีอื่น แต่ยังอยู่ในขั้นทดลองหรือต้นแบบ เช่น เครื่อง SILEX (Separation of Isotopes by Laser EXcitation) ของออสเตรเลีย ยังไม่มีการใช้งานจริงในระดับอุตสาหกรรมอย่างแพร่หลาย
การผลิตระเบิดนิวเคลียร์เป็นอย่างไร?
แม้จะมียูเรเนียมเสริมสมรรถนะสูง (Highly Enriched Uranium หรือ HEU) ซึ่งมีความเข้มข้นของไอโซโทปยูเรเนียม-235 มากกว่า 90% แล้ว แต่ก็ ไม่สามารถนำไปผลิตหัวรบนิวเคลียร์ได้ทันที เนื่องจากการสร้างอาวุธนิวเคลียร์ต้องใช้เทคโนโลยีและความเชี่ยวชาญเพิ่มเติมในหลายด้าน โดยกระบวนการสำคัญประกอบด้วย:
1. การออกแบบหัวรบ (Weaponization)
ต้องมีความรู้ในการออกแบบให้เกิด ปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบฟิชชัน อย่างรุนแรงภายในเสี้ยววินาที ซึ่งต้องควบคุมความเร็วและแรงของการระเบิดอย่างแม่นยำ โดยเฉพาะเทคนิค "implosion" หรือการใช้วัตถุระเบิดธรรมดาอัดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ให้เกิดการวิกฤต (supercritical) เพื่อให้ปฏิกิริยาลูกโซ่เกิดขึ้นในเวลาสั้นที่สุด
2. ระบบจุดระเบิดและไทม์เมอร์ (Detonation System)
ต้องใช้ระบบจุดระเบิดที่ซับซ้อน ซึ่งควบคุม การระเบิดหลายทิศทางพร้อมกัน ด้วยความแม่นยำระดับไมโครวินาที หากจุดระเบิดไม่พร้อมเพรียงกันเพียงเสี้ยววินาที หัวรบอาจล้มเหลวหรือระเบิดไม่สมบูรณ์
3. ระบบขนส่ง ติดตั้ง และนำวิถี (Delivery System)
หากต้องการให้หัวรบถูกติดตั้งบนขีปนาวุธหรืออากาศยาน จะต้องมี เทคโนโลยีจรวด ระบบนำวิถี และการควบคุมการตกกระทบ (re-entry system) ที่สามารถทนความร้อน ความเร่ง และแรงกระแทกได้ ซึ่งเป็นอีกชั้นของความซับซ้อน
4. การทดสอบหรือจำลอง (Testing or Simulation)
และเพื่อให้มั่นใจว่าอาวุธจะทำงานได้จริง ผู้พัฒนาต้องทำการทดสอบในสนามจริง หรือหากไม่สามารถทดสอบได้ ก็ต้องใช้ ระบบคอมพิวเตอร์สมรรถนะสูง (supercomputer) เพื่อสร้างแบบจำลองฟิสิกส์ของการระเบิดอย่างละเอียด ซึ่งต้องใช้ข้อมูลด้านวัสดุศาสตร์ นิวตรอนิกส์ และอุณหพลศาสตร์ที่แม่นยำ
ดังนั้นการมี HEU แม้จะเป็นวัตถุดิบสำคัญของระเบิดนิวเคลียร์ แต่การนำไปใช้งานเป็นอาวุธได้นั้น ต้องอาศัยองค์ความรู้ เทคโนโลยี และโครงสร้างพื้นฐานที่ซับซ้อนอีกมากมาย ไม่ใช่เพียงแค่มีวัสดุก็สามารถสร้างระเบิดได้ทันที
ที่มารูปภาพ : WIkipedia