นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 184 กันยายน - ตุลาคม 2556

56 / 62

56 นิตยสาร สสวท.
ดังตัวอย่างการสังเคราะห์ธาตุ rutherfordium 112 ในปี 1991
โดยสถาบัน GSI ใช้นิวเคลียสของสังกะสี Zn (ธาตุที่ 30) เป็นกระสุน
จำ�นวน 5 ล้านล้านล้านตัว ยิงนิวเคลียสตะกั่ว Pb (ธาตุที่ 82) กระสุน
ธาตุสังกะสีที่มีความเร็ว 112 ล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง ได้พุ่งชนนิวเคลียส
ตะกั่วที่เป็นเป้า ทำ�ให้เกิดนิวเคลียสของธาตุที่ 112 จำ �นวน 2 ตัว ซึ่งมี
ชีวิตอยู่ได้นานเพียง 0.0028 วินาทีเท่านั้นเอง
การทดลองสร้างธาตุใหม่ในอดีตได้แสดงให้เห็นว่า เมื่อนิวเคลียส
ของธาตุมีจำ�นวนโปรตอนมากขึ้น (นักวิทยาศาสตร์เรียกจำ�นวนโปรตอน
ในนิวเคลียสว่า เลขเชิงอะตอม ดังนั้นในกรณี Ds ซึ่งมีโปรตอน 110 ตัว
ในนิวเคลียส เลขเชิงอะตอมของ Ds จึงเท่ากับ 110) ธาตุที่มีมวลมาก
ขึ้น ๆ จะมีเวลาที่เสถียรลดลง ๆ ตัวอย่างเช่น ธาตุ Hs hassium 108
มีชีวิต 1 วินาที และธาตุ Rg rontgenium 111 ซึ่งมีมวลมากกว่า Hs
มีชีวิตยืนนานเพียง 0.0015 วินาที เท่านั้นเอง
ถึงกระนั้นทฤษฎีควอนตัมฟิสิกส์ก็ทำ �นายว่า ธรรมชาติจะมีธาตุ
X ที่นิวเคลียสของมันมีโปรตอน 114 ตัว และนิวตรอน 184 ตัวซึ่งจะ
เป็นธาตุที่เสถียรมาก คือ มีชีวิตอยู่ได้นานถึง 1 ล้านปี ซึ่งนับว่านานพอ
สำ�หรับการนำ�ไปทำ�ระเบิดชนิดใหม่ หรือประดิษฐ์วัสดุชนิดใหม่ หรือ
เป็นแหล่งพลังงานใหม่ และถ้าจะให้ดียิ่งกว่านั้น นักเคมีจะต้องพยายาม
สร้างธาตุที่ 126 ขึ้นมา ซึ่งนักทฤษฎีนิวเคลียร์ได้ทำ�นายไว้ว่าจะเสถียร
ยิ่งกว่าธาตุที่ 114 เสียอีก
ในวารสาร Physical Review C ฉบับวันที่ 2 กุมภาพันธ์ 2004
Y. Oganessian แห่ง Joint Institute for Nuclear Research ที่เมือง
Dubna ในรัสเซีย กับคณะนักวิทยาศาสตร์แห่ง Lawrence Berkeley
National Laboratory ได้รายงานความสำ�เร็จในการสังเคราะห์ธาตุ
ใหม่ 2 ธาตุ คือ ธาตุที่ 113 กับ 115 โดยได้ใช้นิวเคลียสของแคลเซียม
( Ca) ซึ่งมีโปรตอน 20 ตัว และนิวตรอน 28 ตัว เป็นกระสุน
ที่พลังงาน 248 Mev (Mev มาจากคำ�ว่า million electron volt) ยิง
นิวเคลียสของธาตุ americium ( Am) ซึ่งมีโปรตอน 95 ตัว และ
นิวตรอน 148 ตัว ทำ�ให้ได้นิวเคลียสของธาตุที่ 115 (115=20+95)
4 นิวเคลียส แต่นิวเคลียสนี้ได้สลายตัวให้ธาตุที่ 113 ภายในเวลา 0.083
วินาที โดยการปล่อยอนุภาคแอลฟาออกมา สำ�หรับเหตุการณ์นี้ ถ้า In-
ternational Union of Pure and Applied Chemistry หรือ IUPAC
เห็นพ้อง Yuri Oganessian ก็มีสิทธิ์ตั้งชื่อธาตุใหม่ที่เขากับคณะพบ
โดยอาจใช้ชื่อของนักเคมี นักฟิสิกส์หรือห้องปฏิบัติการที่มีชื่อเสียงก็ได้
ส่วนการตรวจสอบที่ว่า คณะนักวิจัยสามารถสังเคราะห์ธาตุที่ 115
และ 113 ได้หรือไม่นั้น IUPAC ต้องให้ห้องปฏิบัติการอื่นอีกหนึ่งหรือ
สองแห่งทำ�การทดลองเดียวกันนี้ซ้ำ� เพื่อยืนยันว่าธาตุที่ 115 และ 113
มีสมบัติต่าง ๆ เหมือนดังที่คณะวิจัยภายใต้การนำ�ของ Oganessian
วัดได้ เช่น มีมวลหรือมีชีวิตอยู่ได้นานเท่ากัน แต่ถ้าผลการทดลองทั้ง
หลายแตกต่างกัน IUPAC ก็จะต้องให้นักวิทยาศาสตร์คณะที่ 3 เป็น
คนประเมินว่า ผลการทดลองของฝ่ายใดถูกต้อง และถ้าพบว่าคณะ
วิจัยใดให้ข้อมูลเท็จหรือสร้างหลักฐานปลอมเพื่อจะได้ชื่อเสียงว่าพบ
ธาตุใหม่ คณะนักวิจัยนั้นก็อาจถูกอัปเปหิออกจากวงการ ดังเหตุการณ์
ที่เกิดขึ้นเมื่อ 2 ปีก่อนที่ Victor Ninov อ้างว่าคณะวิจัยของเขาสามารถ
สังเคราะห์ธาตุที่ 118 ได้ แต่การตรวจสอบในเวลาต่อมาทำ�ให้โลกรู้ว่า
Ninov ให้ข้อมูลเท็จ เขาจึงถูกไล่ออกจากสถาบันวิจัยทันที
ในขณะที่นักทดลองกำ�ลังมุ่งมั่นจะสร้างธาตุใหม่ นักฟิสิกส์ทฤษฎีก็กำ�ลัง
ใช้ทฤษฎีควอนตัมคำ �นวณว่าธาตุใหม่ ๆ จะเกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขใดบ้าง
เช่น ในกรณีการสร้างนิวเคลียสของธาตุที่มีโปรตอนและนิวตรอนรวม
กันมากกว่า 220 อนุภาค นักวิทยาศาสตร์สมควรใช้นิวเคลียสของธาตุ
ใดเป็นเป้าและเป็นกระสุน เพราะปฏิกิริยานิวเคลียร์ดังต่อไปนี้ต่างก็ให้
ธาตุที่มีจำ�นวนโปรตอนและนิวตรอนรวมกันเป็น เช่น
O + Pb หรือ Ar + Hf หรือ
Ca + Yb หรือ Se + Ba
ในปี 2002 D. J. Hinde กับคณะได้รายงานในวารสาร Physical
Review Letters ฉบับที่ 89 ว่า ถ้านักทดลองใช้นิวเคลียสเป้ากับ
นิวเคลียสกระสุนที่มีขนาดแตกต่างกันมาก เช่น 16O กับ 204Pb การ
หลอมรวมเป็นธาตุใหม่จะเกิดขึ้นง่ายกว่าการใช้ 82Se กับ 138Ba
เพราะถ้ากระสุนและเป้ามีขนาดแตกต่างกันมาก เป้าใหญ่จะสามารถ
กลืนกระสุนเล็กได้ดี แต่ถ้านิวเคลียสคู่กรณีมีขนาดไล่เลี่ยกัน การรวม
นิวเคลียสจะเกิดขึ้นยาก
ทุกวันนี้นักวิทยาศาสตร์กำ�ลังประสบความสำ�เร็จในการค้นพบ
หรือสังเคราะห์ธาตุใหม่อยู่เรื่อย ๆ ทำ �ให้ตารางธาตุ (periodic table)
ที่ D. Mendeleev สร้างขึ้นตั้งแต่ปี 1869 เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา
แต่โครงสร้างหลัก ๆ ของตารางก็ยังไม่เปลี่ยน แต่ในขณะเดียวกัน
ความสำ�เร็จในการสร้างธาตุของนักวิทยาศาสตร์ที่ผ่านมาได้ทำ �ให้นัก
วิทยาศาสตร์รู้ว่าปัญหาเกี่ยวกับเรื่องนี้ยังมีอีกมาก เช่น เรายังไม่รู้ว่า
มนุษย์จะธาตุใหม่ได้อีกกี่ธาตุ ตารางธาตุมีขนาดจำ�กัดหรือไม่ และสมบัติ
ของธาตุใหม่ ในอนาคตจะทำ�ให้ทฤษฎีควอนตัมที่เป็นสรณะของนัก
ฟิสิกส์ทุกวันนี้ผิดพลาดหรือไม่
เหล่านี้คือปริศนาที่ต้องการเวลาและความมุ่งมั่นในการพิสูจน์
แนวคิดของ Seaborg (อ่านเพิ่มเติมจาก Cathedrals of Science :
The Personalities and Rivalries That Made Modern Chemistry
โดย Patrick Coffey)
บรรณานุกรม
Coffey, Patrick. (2008). Cathedrals of Science : The Personalities and Rivalries That
Made Modern Chemistry. Oxford: Oxford University Press.
20
48
95
243
90
220
8
16
18
40
34
82
82
204
72
180
56
138
70
172
20
48
Th