ในช่วงท้ายของ workshop ที่จัดโดยวิทยากรจากสหรัฐอเมริกาเมื่อวันพฤหัสบดีที่ ๙ พฤศจิกายน ทางวิทยากรได้มีการเน้นถึงความสำคัญของการพิจารณาผู้รับสินค้าที่ใช้ได้สองทางว่าเป็นผู้รับที่เหมาะสมหรือไม่ โดยได้มีการกล่าวถึง "เครื่องสลายนิ่วในไตด้วยคลื่นกระแทก (Lithotripter)" โดยบอกว่ามีชิ้นส่วนที่เกี่ยวข้องกับ "การจุดระเบิดอาวุธนิวเคลียร์" เป็นส่วนหนึ่งของเครื่องดังกล่าว ก็เลยลองไปค้นดูว่ามันคือชิ้นส่วนไหน
แต่ก่อนอื่นเราลองมาทำความรู้จักหลักการทำงานของคลื่นนี้ดูก่อน
รูปที่ ๑ เป็นตัวอย่างหนึ่งของเครื่องสลายนิ่วในไตด้วยคลื่นกระแทก การทำให้เกิดคลื่นกระแทกอาศัยขั้วไฟฟ้า 2 ขั้ว (22) ที่วางห่างกันเล็กน้อย (คือไม่สัมผัสกัน) ตรงนี้เรียกว่า spark gap (24) เมื่อมีความต่างศักย์ที่สูงมากพอก็จะเกิดประกายไฟกระโดดข้ามจากขั้วหนึ่งไปยังอีกขั้วหนึ่งแบบเดียวกับหัวเทียนที่ใช้กับรถยนต์ ในกรณีของเครื่องนี้ตัว spark gap จะติดตั้งอยู่ภายในผนังสะท้อนคลื่นรูปทรงวงรี (ellipsoidal reflector - 14) โดยจะวางตัวที่ตำแหน่งโฟกัสตำแหน่งหนึ่งของวงรี โดยในตัวผนังสะท้อนนี้จะบรรจุน้ำเอาไว้เต็ม พลังงานความร้อนปริมาณมากที่เกิดจากประกายไฟในผิวน้ำในเวลาอันสั้นจะทำให้เกิดคลื่นแทกแผ่ออกไปจากจุดโฟกัส 24 ทุกทิศทาง และเมื่อคลื่นที่แผ่ออกไปนั้นไปกระทบกับผนังสะท้อนคลื่น (14) ก็จะเกิดการสะท้อนตรงไปยังจุดโฟกัสที่สอง 12 และไปถึงยังตำแหน่งโฟกัสที่สอง (12) ดังกล่าวพร้อม ๆ กัน โดยหน้าที่ของแพทย์คือต้องวางตำแหน่งนิ่วในไต (kidney stone) ให้อยู่ตรงตำแหน่งโฟกัสที่สอง (12) นี้ พลังงานของคลื่นกระแทกที่กลับมารวมกันที่จุดเดียวกันนี้จะสูงมากพอที่จะทำให้ก้อนนิ่วในไตแตกออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ ได้
การทำให้เกิดประกายไฟได้ต้องมีวงจรไฟฟ้าสร้างความต่างศักย์สูง รูปที่ ๒ เป็นตัวอย่างหนึ่งของวงจรดังกล่าวที่มีการสร้างขึ้นเพื่อใช้ในงานวิจัย ตัววงจรจะมีการแปลงไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้กันในอาคารบ้านเรือนเป็นไฟฟ้ากระแสตรงความต่างศักย์สูง (ระดับพันโวลต์) เก็บพลังงานสะสมไว้ในตัวเก็บประจุ (capacitor หรือ condenser) ที่สามารถสะสมพลังงานได้มาก และเมื่อสะสมพลังงานได้สูงเพียงพอแล้วก็จะปลดปล่อยพลังงานทั้งหมดออกมาในเวลาอันสั้น (ในรูปแบบของประกายไฟที่กระโดยข้ามขั้วไฟฟ้า)
และตัวเก็บประจุที่มีบทบาทสำคัญในการสะสมพลังงานของวงจรในรูปที่ ๒ ก็คือ C1, C2 และ C3
ตรงนี้ขอบันทึกความรู้พื้นฐานเรื่องการต่อตัวเก็บประจุ (ซึ่งตัวเองก็มีอยู่น้อย) เอาไว้สักหน่อย เนื่องจากมันจำเป็นต้องใช้ในการทำความเข้าใจว่าตัวเก็บประจุนี้มันกลายเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทางได้อย่างไร
เราสามารถนำตัวเก็บประจุมาต่อกันแบบอนุกรม (series) หรือขนาน (paralle) ได้แบบตัวความต้านทาน (resistor) เพื่อให้ตัวเก็บประจุสามารถรองรับความต่างศักย์และ/หรือมีความจุตามที่เราต้องการได้ หน่วยความจุของตัวเก็บประจุคือ Farad (อ่านออกเสียงว่า "ฟาหรัด" แต่ถ้าเขียนจะเป็น "ฟารัด") ที่ย่อว่า F ขนาดที่มีขายกันทั่วไปก็จะมีระดับ nF (นาโนฟารัดหรือ 10-9 F), pF (พิโคฟารัดหรือ 10-9 F) ใหญ่ขึ้นมาหน่อยก็จะเป็น µF (ไมโครฟารัดหรือ 10-6 F) และ mF (มิลลิฟารัดหรือ 10-3 F) ส่วนพลังงานที่ตัวเก็บประจุเก็บได้คำนวณได้จากสูตร E = (1/2)CV2 เมื่อ C คือความจุ (F) และ V คือความต่างศักย์ (volt) พึงสังเกตว่าพลังงานแปรผันตามความต่างศักย์ยกกำลัง 2
ถ้านำเอาตัวเก็บประจุ 2 ตัวมาต่ออนุกรมกัน ความต่างศักย์ไฟฟ้าที่ตัวเก็บประจุต่อกันอยู่นั้นก็จะเท่ากับผลรวมของตัวเก็บประจุทั้งสอง เช่นถ้าเอาตัวเก็บประจุที่ออกแบบมาใช้กับความต่างศักย์ 750 V 2 ตัวมาต่ออนุกรม ตัวเก็บประจุ 2 ตัวที่ต่ออนุกรมกันนี้จะรับความต่างศักย์ได้ 750 + 750 = 1500 V หรือ 1.5 kV
ความสามารถในการเก็บประจุของตัวเก็บประจุหลายตัวที่นำมาต่อเข้าด้วยกันนั้นขึ้นกับรูปแบบการต่อ กล่าวคือถ้าต่อขนานกัน ประมาณประจุที่เก็บได้ (CT) จะเท่ากับปริมาณประจุที่ตัวเก็บประจุแต่ละตัวเก็บได้บวกรวมกัน แต่ถ้านำมาต่ออนุกรมกันต้องคำนวณจากสูตร 1/CT = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 + ... เมื่อ Ci คือปริมาณประจุที่ตัวเก็บประจุแต่ละตัวเก็บ
ตัวอย่างเช่นถ้านำตัวเก็บประจุขนาด 40 nF 100 kV 2 ตัวมาต่อขนานกัน ความต่างศักย์ทำงานของตัวเก็บประจุทั้งสองก็คือ 100 kV แต่จะเก็บประจุได้ 40 + 40 = 80 nF แต่ถ้าเรานำมาต่ออนุกรมกัน ความต่างศักย์ทำงานของตัวเก็บประจุทั้งสองจะเป็น 100 + 100 = 200 kV ส่วนประจุจะเก็บได้เพียง 1/CT = 1/40 + 1/40 หรือ CT = 20 nF หรือน้อยลงกว่าเดิม
ดังนั้นวิธีการหนึ่งที่สามารถทำได้ในการสร้างตัวเก็บประจุทำงานที่ความต่างศักย์สูงและเก็บประจุได้มาก จากตัวเก็บประจุที่รับความต่างศักย์ได้ต่ำกว่าก็คือ การนำเอาตัวเก็บประจุที่รับความต่างศักย์ได้ต่ำนั้นมาต่ออนุกรมกันจนมันสามารถรับความต่างศักย์ได้สูง และทำแบบนี้ให้ได้หลาย ๆ ชุดแล้วจึงนำมาต่อวงจรแบบขนานกัน
ทีนี้มาลองพิจารณากรณีของตัวเก็บประจุ C1, C2 ที่มีคุณสมบัติเท่าที่เปิดเผยดังแสดงในรูปที่ ๓ คือแต่ละตัวเก็บประจุได้ 40 nF ทำงานกับความต่างศักย์ 100 kV ดังนั้นตัวเก็บประจุแต่ละตัวจะเก็บพลังงานได้เท่ากับ (1/2).(40 x 10-9).(100000)2 = 200 J แต่ถ้านำ 2 ตัวมาต่อขนานกันก็จะเก็บประจุได้ 80 nF คิดเป็นพลังงานที่เก็บสะสมได้เท่ากับ (1/2).(80 x 10-9).(100000)2 = 400 J (Joule)
ส่วนพลังงานที่ตัวเก็บประจุ C3 นั้นเก็บสะสมไว้ได้ก็จะเท่ากับ (1/2).(0.001 x 10-3).(25000)2 = 312.5 J
ทีนี้ลองไปพิจารณาคุณสมบัติตัวเก็บประจุที่เป็นสินค้าควบคุมดังแสดงในรูปที่ ๔ กันหน่อย
รูปที่ ๔ ตัวเก็บประจุที่เป็นสินค้าควบคุมต้องมีคุณลักษณะตามหัวข้อ 3A001.e และ 3A201.a
เนื่องจากข้อมูลที่เปิดเผยในรูปที่ ๓ มีเพียงแค่ปริมาณประจุที่เก็บสะสมได้กับความต่างศักย์ใช้งาน ดังนั้นจะขอพิจารณาเฉพาะสองประเด็นนี้ จะเห็นว่าตัวเก็บประจุขนาด 40 nF 100 kV (ที่ใช้ทำ C1 และ C2) และขนาด .001 mF (หรือ 1 µF) 25 kV (ที่ใช้ทำ C3) จะมีคุณสมบัติเข้าเกณฑ์ในเรื่องของความต่างศักย์ทั้งในหัวข้อ 3A001.e.2 และ 3A201.a และผ่านเกณฑ์เรื่องพลังงานรวม (total energy) ในหัวข้อ 3A001.e.2.b และ 3A201.a.1
ที่น่าสนใจคือตัวเก็บประจุ C3 ที่ทำงานที่ความต่างศักย์ 25 kV (ผ่านเกณฑ์ 3A201.a.1.a ที่กำหนดไว้ว่าต้องสูงกว่า 1.4 kV) มีความจุ 1 µF (ผ่านเกณฑ์ 3A201.a.1.c ที่กำหนดไว้ว่าต้องสูงกว่า 0.5 µF) คิดเป็นพลังงานที่เก็บสะสมได้ 312.5 J (ผ่านเกณฑ์ 3A201.a.1.b ที่กำหนดไว้ว่าต้องมากกว่า10 J) ทีนี้ก็เหลือเพียงข้อเดียวคือ 3A201.a.1.d ว่าผ่านหรือไม่ (ในบทความที่ยกมาเป็นตัวอย่างไม่ได้ให้ข้อมูลตัวนี้ไว้) ซึ่งถ้าผ่านมันก็จะเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทางที่เป็นส่วนประกอบหนึ่งของสินค้าที่ใช้งานในทางการแพทย์
แล้วมันเกี่ยวข้องกับ "การจุดระเบิดอาวุธนิวเคลียร์" อย่างไร คำตอบคือก็เพราะมันเป็นชิ้นส่วนประกอบสำคัญชิ้นส่วนหนึ่งของ Exploding Bridge Wire ที่ใช้จุดระเบิด Explosive lens ของอาวุธนิวเคลียร์ ซึ่งเรื่องนี้ได้เขียนไว้ในบทความฉบับวันพฤหัสบดีที่ ๒๙ สิงหาคม ๒๕๖๒ เรื่อง "สินค้าที่ใช้ได้สองทาง(Dual-Use Items :DUI) ตอนที่ ๕"
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น