หลายๆท่านเล่าๆกันไปแล้ว ผมก็ลงส่วนที่ขาดไป

ที่แน่ๆ ไอน์สไตน์ไม่เกี่ยวกับระเบิดนิวเคลียร์ตามท่ีหลายๆท่านว่ามา แกเกี่ยวอยู่จุดเดียวคือมีลายเซนต์โผล่อยู่ในจดหมายถึงปธน.รูสเวลต์ของสหรัฐ ว่าเยอรมันกำลังพัฒนาอาวุธนิวเคลียร์ เตือนให้สหรัฐต้องทำอะไรซักอย่าง จดหมายนั้นไม่ได้มีแต่ไอน์สไตน์ แต่มีนักฟิสิกส์แนวหน้าอีกหลายคน

ผมจะมุ่งตรงไปที่ประเด็นว่าทำไมต้องใช้ U-235 เลยละกัน เรื่องประวัติละเอียดๆหรือชื่อนักฟิสิกส์ที่ผมลืมก็ขอข้ามๆไป จำได้ไม่หมดอ่ะ...
ย้อนกลับไปเป็นสิบปีก่อนระเบิดนิวเคลียร์จะทำสำเร็จ ที่จริงคือต้องย้อนกลับไปถึงยุคแรกๆที่เพิ่งค้นพบธาตุกัมมันตรังสีเลยก็ว่าได้
ช่วงก่อน-ต้นศตวรรษที่ 20 เราค้นพบรังสีทางนิวเคลียร์ และสกัดไอโซโทปไม่เสถียรทางนิวเคลียร์จากธาตุได้หลายตัว

ก่อนหน้านี้อะไรคือโครงสร้างภายในอะตอม? ยังเป็นปริศนาสำหรับนักฟิสิกส์มาตลอด ช่วงแรกๆก็แค่รู้ว่ามีอิเล็กตรอนโดยทอมสัน
ช่วงปี 1910 รัทเทอร์ฟอร์ดได้หยิบเอารังสีที่เพิ่งค้นพบไม่นาน.. รังสีแอลฟ่า มาศึกษาโครงสร้างภายในอะตอมและทำให้เขาค้นพบโครงสร้างนิวเคลียสซึ่งมีขนาดเล็กกว่าอะตอมมากๆ
รัทเทอร์ฟอร์ดเองยังค้นพบโปรตอนด้วย และเขาคาดว่าน่าจะมีอนุภาคเป็นกลาง (เรียกไว้ก่อนว่านิวตรอน) ติดอยู่ที่นิวเคลียส เนื่องจากมวลนิวเคลียสหากนับแต่โปรตอนอย่างเดียวมันหายไปราวๆครึ่งนึง

สิ่งที่รัทเทอร์ฟอร์ดค้นพบแม้เป็นความจริงแต่ก็สร้างปัญหาใหญ่ให้กับวงการฟิสิกส์อยู่ไม่น้อย โดยเฉพาะคำถามที่ว่าทำไมโปรตอนถึงไปอัดอยู่ด้วยกันในนิวเคลียสซึ่งมีขนาดเล็กมากๆ แรงผลักทางไฟฟ้ามหาศาลระหว่างโปรตอนสองตัวควรจะทำให้นิวเคลียสคงสภาพอยู่ไม่ได้ นิวตรอนที่เป็นกลางก็ไม่น่าเกี่ยวข้อง
ไม่นานนักฟิสิกส์ก็เริ่มเสนอแนวคิดของแรงทางนิวเคลียร์ แรงที่แข็งแรงมากจนเอาชนะแรงผลักระหวา่งโปรตอนภายในนิวเคลียสได้ เมื่อได้แนวคิดแล้ว การทดลองเพื่อตรวจวัดพลังงานนิวเคลียร์ก็ตามมา

ช่วงแรกๆ นักฟิสิกส์ใช้วิธียิงรังสีแกมม่าหรือรังสีเอ็กซ์พลังงานสูงมาก (เพิ่มเติม: รังสีเอ็กซ์พลังงานสูงกว่าแกมม่าก็ได้ แต่เราจะเรียกรังสีที่เกิดจากอิเล็กตรอนเป็นเอ็กซ์ และเกิดจากนิวเคลียสเป็นแกมม่า) ยิงใส่นิวเคลียสเพื่อให้แตกตัว หลังจากน้ันก็วัดพลังงานที่คายออกมาว่ามากกว่าเดิมเท่าไหร่
จากการทดลองพวกนี้ทำให้นักฟิสิกส์รู้ว่าสมมุติฐานถูกต้อง แรงนิวเคลียร์มีอยู่จริง และมีพลังงานมากซะด้วย
ข้อเสียสำคัญของวิธียิงแกมม่าให้นิวเคลียสแตกคือมันทำได้แค่อะตอมของธาตุเล็กๆ เราหาแกมม่าพลังงานสูงมากพอสำหรับธาตุใหญ่ๆไม่ไหว

ในที่สุดช่วงปี 1930 เมื่อแชทวิกค้นพบนิวตรอน เราจึงมีเครื่องมือที่ดีมากในการเข้าถึงนิวเคลียสของอะตอมได้ เพราะนิวตรอนไม่มีประจุ จึงไม่โดนผลักโดยนิวเคลียส
นิวตรอนส่วนใหญ่หาได้จากการกัมมันตรังสีที่แผ่นิวตรอน ซึ่งหายากพอสมควร และนิวตรอนพวกนั้นมีความเร็วสูงมาก มากจนเวลามันพุ่งชนนิวเคลียสอะตอมมันกลับไม่รวมเข้าไป แต่กระเด้งเหมือนลูกบิลเลียตชนกันแทน
ใช้เวลาไปอีกหลายปีกว่านักฟิสิกส์จะพบว่านิวตรอนแบบช้า (slow neutron) มีอันตรกิริยากับนิวเคลียสของอะตอมง่ายกว่านิวตรอนความเร็วสูงมากๆ(ๆๆๆ) การเจาะลึกเข้าไปในนิวเคลียสของอะตอมจึงเริ่มขึ้น

ในที่สุดธาตุต่างๆในตารางธาตุเริ่มถูกศึกษา จนถึงจุดนี้นักฟิสิกส์เข้าใจแล้วว่าพลังงานนิวเคลียร์เกิดมาจากความต่างของมวลนิวเคลียสอะตอมตอนที่รวมกัน เทียบกับตอนที่โปรตอนและนิวตรอนอยู่แยกๆกัน
ตัวอย่างเช่น ฮีเลียมมีนิวตรอนสองตัวและโปรตอนสองตัว เมื่อเราวัดมวลของ 2 โปรตอน + 2 นิวตรอน จะได้ค่ามากกว่ามวลของนิวเคลียสฮีเลียมอยู่นิดหน่อย
มวลที่หายไปนี้สามารถอธิบายได้โดยสมการของไอน์สไตน์ E = mc² มวลกลายไปเป็นพลังงานยึดเหนี่ยวนั่นเอง

นักฟิสิกส์เริ่มคำนวณพลังงานยึดเหนี่ยวของธาตุทั้งตารางธาตุ
พลังงานยึดเหนี่ยวของธาตุนั้นเพิ่มขึ้นเรื่อยๆตามเลขอะตอมอยู่แล้วเพราะธาตุยิ่งใหญ่ โปรตอนยิ่งเยอะ พลังงานยึดเหนี่ยวก็ยิ่งมากตาม
แต่!! เมื่อคำนวณพลังงานยึดเหนี่ยว "ต่อ" จำนวนโปรตอน+นิวตรอน ผลที่ได้กลับแปลกออกไป ผมขอเรียกคำนี้ว่าพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนละกันครับ
(เช่น ฮีเลียมมี 2P+2N พลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนคือพลังงานยึดเหน่ียวของฮีเลียม/4 , เหล็กมี 26P+30N พลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนคือพลังงานยึดเหน่ียวของเหล็ก/56)
ธาตุที่เบาๆมีพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนไม่มาก และเพิ่มสูงขึ้นเรื่อยๆเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น
การที่พลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนเพิ่มขึ้น หมายถึงธาตุยิ่งเสถียรขึ้นเมื่อธาตุใหญ่ขึ้นด้วย
แสดงว่าแนวโน้วของธาตุเล็ก อยากจะรวมเป็นธาตุที่ใหญ่เพื่อความเสถียรที่มากขึ้น ซึ่งคือปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิวชั่น

กลับกัน ธาตที่หนักมากๆกลับมาพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนไม่มาก และกลับมากขึ้นเมื่อขนาดเล็กลง
ธาตุที่ใหญ่มากๆจึงต้องการจะแตกตัวให้เล็กลงเพื่อให้เสถียรขึ้น ซึ่งคือปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชั่น

ธาตุที่มีพลังงานยึดเหนี่ยวต่อนิวคลีออนสูงที่สุดในตารางธาตุคือเหล็ก แสดงวา่ธาตุที่เบากว่าเหล็กจะพยายามฟิวชั่นไปหาเหล็ก ธาตุที่หนักกว่าก็จะพยายามฟิชชั่นไปหาเหล็กเช่นกัน

ช่วงปี 1935 คำอธิบายเหล่านี้ทำให้มนุษย์ได้เข้าใจจุดกำเนิดของพลังงานแห่งดวงดาวเป็นครั้งแรกและที่มาของธาตุต่างๆในจักรวาลด้วย เป็นการเปิดศาสตร์ใหม่ของการศึกษาดาวฤกษ์เลยทีเดียวครับ
การทำฟิวชั่นเป็นเรื่องที่ยากเกินไปเพราะเราต้องผลักโปรตอนให้เข้าใกล้พอที่สนามนิวเคลียร์จะทำงาน นักฟิสิกส์ในยุคนั้นเลยสนใจฟิชชั่นมากกว่า

ฟิชชั่นคือการเอาธาตุขนาดใหญ่ที่เดิมก็ไม่เสถียรอยู่แล้วมา "กระตุ้น" ให้มันไม่เสถียรมากกว่าเดิม หลักๆคือยิง slow neutron เข้าไปภายใน
บางไอโซโทป (ซึ่งเป็นส่วนใหญ่) จะคายรังสีกลับออกมา
มีน้อยไอโซโทปที่พอรับนิวตรอนเข้าไปแล้วจะฟิชชั่น คือไม่เสถียรมากจนระเบิดบึ้มเลย ไม่ค่อยๆคายบางส่วนทิ้ง

นักฟิสิกส์ทั่วโลกตอนนั้นก็เอาไอโซโทปโน่นนี่มาเล่นหมดแหละครับ เพื่อทดสอบว่าธาตุต่างๆทำอะไรได้บ้าง ในช่วงแรกคือเพื่อศึกษาวิชาฟิสิกส์นิวเคลียร์นี่แหละ
และนี่คือคำตอบว่าทำไม U-235 ถึงโดดเด่นขึ้นมา เพราะมันเป็นไอโซโทปธรรมชาติที่พอหาได้และสามารถฟิชชั่นได้นั่นเอง ธาตุอื่น ไอโซโทปอื่นทำไม่ได้หรือทำได้ยากกว่ามากๆ
ภายหลังที่เราสังเคราะห์ธาตุอื่นๆเพิ่มได้ เช่นพลูโตเนียม ก็มีวัสดุสำหรับฟิชชั่นได้เพิ่มอีก
สุดท้ายแล้วพลังงานมากมายที่มันปล่อยออกมาทำให้เกิดแนวคิดพลังงานรูปแบบใหม่ แต่สงครามโลกดันมาถึงซะก่อน การพยายามงัดแงะธรรมชาติของอะตอมของเหล่านักฟิสิกส์เลยถูกนำไปต่อยอดเป็นอาวุธนิวเคลียร์เสียก่อน

จบตรงนี้ีดีกว่า
ลึกๆแล้วมีรายละเอียดอีกหลายอย่างว่าทำไม U-235 เหมาะสม เช่นพวก neutron cross section สูงมาก ฯลฯ อันนั้นจะวิชาการลึกเกินไป
ยังไม่ได้พูดถึงปฏิกิริยาลูกโซ่ซึ่งเกินคำถามไปละ