หลายคนมักจะจดจำมารี กูว์รีและปีแยร์ กูว์รี ในฐานะคู่สามีภรรยานักวิทยาศาสตร์ผู้ค้นพบ “ธาตุเรเดียม” แต่น้อยคนนักที่จะทราบว่าทั้งสองยังค้นพบปรากฏการณ์ทางรังสีอีกมากมาย และยังค้นพบธาตุกัมมันตรังสีอีกหนึ่งธาตุ ได้แก่ “พอโลเนียม” (18 กรกฎาคม พ.ศ. 2441) ในบทความนี้จะชวนไปทำความรู้จักประวัติของธาตุพอโลเนียม หนึ่งในธาตุสำคัญที่มีส่วนในการสร้างระเบิดปรมาณูในโครงการแมนฮัตตัน

มารี กูว์รี (Marie Curie) และปีแยร์ กูว์รี (Pierre Curie) สองสามีภรรยานักวิทยาศาสตร์ ผู้ซึ่งอุทิศชีวิตให้กับวิทยาศาสตร์และการทดลอง อันเกิดมาจากความสงสัยใคร่รู้เกี่ยวกับสารกัมมันตรังสี ซึ่งเป็นสารที่สามารถแผ่กัมมันตภาพรังสีออกมาได้

ภาพถ่ายมารีและปีแยร์ กูว์รีในห้องทดลองของพวกเขาในปารีสในช่วงปี 1903-1904

สารกัมมันตรังสีเป็นเรื่องที่ใหม่มากในวงการวิทยาศาสตร์ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 ต้นกำเนิดมาจากการทดลองของอ็องรี แบ็กเรล (Henri Becquerel) ที่พบว่าก้อนแร่ยูเรเนียมสามารถแผ่พลังงานบางอย่างที่สามารถทำให้แผ่นฟิล์มเสมือนได้รับแสงหรือที่คนไทยเรียกกันติดปากว่า “ฟิล์มฟ็อกแสง” ซึ่งสิ่งนี้เกิดจากการแผ่รังสีแกมมาจากการสลายตัวของธาตุยูเรเนียม สารเคมีในเนื้อฟิล์มถ่ายภาพจะทำปฏิกิริยากับรังสีแกมมา ทำให้เกิดจุดดวงของรังสีที่ทะลุผ่าน ซึ่งจะสามารถสังเกตเห็นได้หลังจากล้างฟิล์มแล้ว

การทดลองของอ็องรีได้ข้อสรุปว่าแร่หินที่มีส่วนประกอบของยูเรเนียมสามารถแผ่พลังงานบางอย่างที่ทำให้ฟิล์มเปลี่ยนสภาพได้เหมือนการที่ฟิล์มโดนแสง โดยที่ไม่จำเป็นต้องได้รับพลังงานจากภายนอก

ด้วยแรงบันดาลใจจากการทดลองของอ็องรี มารีและปีแยร์ กูว์รีได้เริ่มต้นทำการทดลองทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวข้องกับแร่สองกลุ่มได้แก่ พิตช์เบลนด์ (Pitchblende) และทอร์เบอร์ไนต์ (Torbernite) แร่สองชนิดที่มีความสามารถในการแผ่รังสี พวกเขาได้ศึกษาและพบว่าการแผ่รังสีของแร่เหล่านี้มีความเป็นไปได้ที่จะมีมากกว่าการแผ่รังสีที่มาจากธาตุยูเรเนียมเพียงธาตุเดียว นั้นหมายถึงต้องมีธาตุชนิดอื่นแฝงอยู่และสามารถแผ่รังสีออกมาจากกองแร่เหล่านี้ได้ หลังจากการศึกษาได้สักพักใหญ่ ในเดือนกรกฎาคมปี 1898 มารีและปีแยร์ กูว์รีได้พบกับธาตุชนิดใหม่ที่สามารถแผ่รังสีออกมาได้เหมือนยูเรเนียม ซึ่งธาตุชนิดนี้เป็นธาตุชนิดใหม่ที่ไม่เคยพบที่ไหนบนโลกมาก่อน ปีแยร์จึงตั้งชื่อธาตุชนิดใหม่นี้ว่า พอโลเนียม (Polonium) เพื่อเป็นเกียรติให้แก่โปแลนด์ ชาติบ้านเกิดของมารีที่ถูกกลืนกินหายไปจากแผนที่โลกในช่วงเวลานั้น

ก้อนแร่ Pitchblende ที่อุดมไปด้วยธาตุยูเรเนียม ซึ่งมารี กูว์รีก็ได้พบธาตุพอโลเนียมปะปนอยู่ในแร่ชนิดนี้ด้วย

ธาตุพอโลเนียมที่ทั้งสองพบนั้นเป็นธาตุโลหะ มีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายกับเทลลูเรียม (Tellurium) และบิสมัท (Bismuth) แรกเริ่มเดิมที มารี กูว์รีตั้งชื่อธาตุใหม่นี้ไว้ว่า เรเดียม เอฟ (Radium F) แต่ต่อมาได้เปลี่ยนชื่อมันมาเป็นพอโลเนียมอย่างที่เราทราบกัน

ธาตุพอโลเนียมเป็นธาตุที่มีไอโซโทปที่ไม่เสถียร จะสลายตัวกลายเป็นธาตุอย่างตะกั่วและบิสมัท ภายหลังจากการพบพอโลเนียม มารีและปีแยร์ก็ได้พบกับธาตุใหม่อีกชนิดจากการศึกษากองแร่ ได้แก่ธาตุเรเดียม ธาตุที่ปลดปล่อยรังสีออกมาสูงกว่าธาตุชนิดอื่น ๆ ที่พวกเขาเคยพบมาและมันสามารถเรืองแสงในความมืดได้กลายมาเป็นหนึ่งในธาตุที่เป็นที่รู้จักจากการค้นพบของมารีและปีแยร์ กูว์รี

ภาพถ่ายของมารีและปีแยร์ กูว์รี สองสามีภรรยาในห้องทดลองในปารีสของพวกเขา ภาพถูกสแกนโดย Vitold Muratov

ธาตุพอโลเนียมถูกนำมาใช้เป็น Explosive Lens สำหรับการจุดชนวนระเบิดนิวเคลียร์ด้วยการใช้ระเบิดทำให้มวลของพลูโตเนียมเข้าใกล้มวลวิกฤติและปลดปล่อยพลังงานอย่างรุนแรง ธาตุพอโลเนียมนี้ถูกใช้เป็นแหล่งปลดปล่อยนิวตรอนที่เป็นอนุภาคที่สำคัญในการเร่งการปลดปล่อยพลังงานของพลูโตเนียม มันถูกติดตั้งให้สอดกลางระหว่างแผ่นเบริลเลียมกับเม็ดเบริลเลียมที่อยู่ภายใน เมื่อระเบิดทำงาน มันจะทำให้พอโลเนียมชนกับชิ้นส่วนของเบริลเลียมทั้งสองและปลดปล่อยนิวตรอนจำนวนมากออกมา เร่งปฏิกิริยาลูกโซ่ และปลดปล่อยพลังงานของพลูโตเนียม การใช้งาน Explosive Lens ที่มีการใช้งานพอโลเนียมนี้ถูกนำมาใช้ในระเบิดนิวเคลียร์ทั้งหมดสองลูกคือ The Gadget ระเบิดนิวเคลียร์ลูกแรกและ Fatman ที่ถูกทิ้งลงที่เมืองนางาซากิ

ในอดีตพอโลเนียมถูกนำมาใช้เป็นหัวเทียนภายในเครื่องยนต์สันดาปภายในแต่ได้ยกเลิกการใช้งานไปในช่วงทศวรรษที่ 1950 ปัจจุบันพอโลเนียมถูกนำมาประยุกต์ใช้ในงานการเป็นตัวกำเนิดประจุในโรงงานอุตสาหกรรม ทั้งอุตสาหกรรมพลาสติก และอุตสาหกรรมรถยนต์ ใช้เป็นตัวปล่อยประจุทำให้สีที่ถูกพ่นออกไปติดกับวัตถุได้ง่ายและดียิ่งขึ้น และมันถูกนำมาเป็นตัวอย่างสำหรับสื่อการเรียนการสอนเรื่องของสารกัมมันตรังสีสำหรับนักเรียนและนักศึกษาในปัจจุบัน

เรียบเรียงโดย จิรสิน อัศวกุล
พิสูจน์อักษร ศุภกิจ พัฒนพิฑูรย์

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

“มารี กูว์รี” กับการค้นพบ “ธาตุพอโลเนียม”