สินค้าที่ใช้ได้สองทาง (Dual-Use Items : DUI) ตอนที่ ๕ MO Memoir : Thursday 29 August 2562

ปฏิกิริยาลูกโซ่ของนิวเคลียร์ฟิชชัน (Fission) อาศัยหลักการที่ว่าเมื่อนิวเคลียสของธาตุ (โดยเฉพาะธาตุหนัก) แตกตัวออกจะมีการปลดปล่อยพลังงานและนิวตรอนออกมามากกว่า ๑ ตัว และถ้านิวตรอนทุกตัวที่ปลดปล่อยออกมานี้วิ่งเข้าชนนิวเคลียสของอะตอมอื่น จำนวนนิวเคลียสที่แตกตัวก็จะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ และมีการปลดปล่อยพลังงานออกมามากขึ้นเรื่อย ๆ
 

แต่ในความเป็นจริงนั้นจะเรียกว่าในแต่ละอะตอม นิวเคลียสเป็นเพียงแค่จุดเล็ก ๆ จุดหนึ่งในอะตอมนั้น ที่เหลือก็เป็นที่ว่าง ดังนั้นโอกาสที่นิวตรอนที่หลุดออกมาจากการแตกตัวของอะตอมแรก (แม้ว่าจะมีหลายตัวก็ตาม) จะวิ่งเข้าชนนิวเคลียสของอะตอมอื่นจึงมีน้อย แต่ปัญหานี้ก็แก้ได้ด้วยการมีธาตุดังกล่าวห่อหุ้มนิวเคลียสแรกที่แตกตัวในปริมาณมากพอ และปริมาณธาตุที่ทำให้มีนิวตรอน ๑ ตัวที่หลุดออกมาจากการแตกตัวของนิวเคลียสตัวแรกพุ่งเข้าชนนิวเคลียสตัวต่อไปทุกครั้งที่มีนิวเคลียสแตกตัวจะเรียกว่า "มวลวิกฤต (critical mass)" 
  

ที่มวลของธาตุที่ระดับมวลวิกฤตนี้เมื่อเริ่มทำให้นิวเคลียสแรกแตกตัว การแตกตัวที่เกิดตามมาจากนิวตรอนที่นิวเคลียสตัวแรกที่แตกตัวปลดปล่อยออกมา จะดำเนินไปเรื่อย ๆ โดยไม่เพิ่มหรือลด และเรานำความรู้ตรงนี้มาใช้ในการควบคุมปฏิกิริยานิวเคลียร์เพื่อนำความร้อนมาใช้ในการผลิตไอน้ำเพื่อการขับเคลื่อนโรงไฟฟ้า แต่ถ้าปริมาณของธาตุนั้นสูงกว่า ระดับมวลวิกฤตนี้ การแตกตัวจะเพิ่มจำนวนขึ้นเรื่อย ๆ และปลดปล่อยพลังงานปริมาณมากออกมาในเวลาอันนั้น และเรานำความรู้ตรงนี้มาใช้ในการออกแบบระเบิดนิวเคลียร์
 

ในการออกแบบระเบิดนิวเคลียร์นั้น เพื่อความปลอดภัยในการเก็บรักษาอาวุธ จะทำการแยกมวลของธาตุที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงให้เป็นชิ้นส่วนที่เล็กกว่ามวลวิกฤต และเมื่อต้องการจะจุดระเบิดก็จะนำเอามวลที่แยกเป็นชิ้น ๆ นี้มาประกบรวมเข้าด้วยกันเพื่อให้มวลรวมมีขนาดมากกว่ามวลวิกฤต ความเร็วในการประกบรวมนี้แตกต่างไปตามชนิดธาตุที่นำมาทำเป็นเชื้อเพลิง และตรงนี้ส่งผลต่อการออกแบบโครงสร้างระเบิด

รูปที่ ๑ Explosive lens ที่ใช้ในการสร้างหน้าคลื่นการระเบิดรูปทรงกลมที่หดตัวเข้าหาศูนย์กลาง (implosion) เพื่อทำการอัดแกน Pu-239 เข้าด้วยกัน (จากหนังสือ "Explosives, Propellants & Pyrotechnics" โดย A. Bailey และ S.G. Murray)
  

เชื้อเพลิงหลักของระเบิดนิวเคลียร์คือ U-235 และ Pu-239 U-235 นั้นไม่ต้องการความเร็วในการประกบรวมที่รวดเร็วเหมือน Pu-239 (ที่ต้องประกบเข้าด้วยกันอย่างรวดเร็วก่อนที่ตัวมันเองจะเกิดปฏิกิริยา spontaneous fission ที่ทำให้ชิ้นแต่ละชิ้นแตกออกเป็นชิ้นเล็ก ๆ ก่อนที่จะจุดระเบิด) ระเบิดนิวเคลียร์ที่ทิ้งที่ฮิโรชิมาที่มีชื่อว่า "Little boy" นั้นใช้ U-235 เป็นเชื้อเพลิง โดย U-235 จะถูกแยกออกเป็นสองส่วนอยู่ที่ปลายท่อคนละด้าน และเมื่อจะทำการจุดระเบิดก็จะใช้แรงระเบิดดันให้ชิ้นที่อยู่ที่ปลายท่อด้านหนึ่งเข้าประกบกับชิ้นที่อยู่ที่ปลายท่ออีกด้านหนึ่ง การจุดระเบิดแบบนี้เรียกว่า "Gun type"

รูปที่ ๒ Electric Initiator With Exploding Bridge Wire ที่ใช้ในระเบิด "Fat man" ที่ทิ้งที่นางาซากิ รูปนี้มาจากสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ 3,040,660 หมายเลข 10 ในรูป (ในกรอบสีแดง) คือตัวเก็บประจุ (ที่ภาษาอังกฤษเรียนกว่า capacitor หรือ condenser) ที่มีบทบาทสำคัญในการจ่ายกระแสไฟฟ้า ซึ่งต้องจ่ายได้อย่างรวดเร็วและเที่ยงตรง พึงสังเกตว่าสิทธิบัตรฉบับนี้ยื่นจดเอาไว้ตั้งแต่ปีค.ศ. ๑๙๔๔ ซึ่งช่วงนั้นอยู่ในระหว่างการพัฒนาระเบิดนิวเคลียร์อยู่ แต่เพิ่งจะมาเปิดเผยเอาในปีค.ศ. ๑๙๖๒ หรืออีก ๑๘ ปีต่อมา ซึ่งเป็นช่วงเวลาที่หลายประเทศมีอาวุธนิวเคลียร์ไว้ในครอบครองแล้ว

Pu-239 มีปัญหาในการประกบเข้าด้วยกันมากกว่า จำเป็นต้องใช้ความเร็วที่สูงกว่าในการประกบชิ้นส่วนย่อยให้กลายเป็นชิ้นส่วนใหญ่ที่มีขนาดเกินมวลวิกฤต ซึ่งความเร็วขนาดนี้ไม่เหมาะสมที่จะใช้การจุดระเบิดแบบ Gun type จำเป็นต้องใช้เทคนิคที่เรียกว่า "Implosion" แทน เทคนิคนี้อาศัยการออกแบบการวางดินระเบิดให้เหมาะสมและจุดระเบิดพร้อม ๆ กันจากหลายทิศทาง จะทำให้หน้าคลื่นการระเบิดรวมกันเป็นคลื่นแรงอัดทรงกลมที่หดเล็กลงและกดให้วัสดุที่อยู่ภายในเคลื่อนเข้าหากัน ด้วยโครงสร้างการจุดระเบิดแบบนี้จึงทำให้ลูกระเบิดมีลักษณะอ้วนกลม จึงเป็นที่มาของชื่อ "Fat man"
 

รูปที่ ๑ เป็นภาพแสดงตัวอย่างการออกแบบ explosive lens โดยวัตถุระเบิดแต่ละชิ้นจะประกอบด้วยวัตถุระเบิดที่มีความเร็วในการเผาไหม้สูงและต่ำวางเรียงกันอยู่ เมื่อมีการจุดระเบิดที่ตำแหน่ง 1 (รูปขวาของรูปที่ ๑) ในดินระเบิดที่มีความเร็วในการเผาไหม้สูง หน้าคลื่นการเผาไหม้จะแผ่กระจายออกไปทุกทิศทาง แต่เมื่อหน้าคลื่นที่อยู่ตรงหน้าวิ่งเข้ามาถึงดินระเบิดที่มีความเร็วในการเผาไหม้ต่ำ ความเร็วของการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าก็จะลดลง โดยหน้าคลื่นที่อยู่ด้านข้างทั้งสองข้างที่ยังคงวิ่งอยู่ในดินระเบิดที่มีความเร็วในการเผาไหม้สูงก็จะวิ่งแซงหน้าขึ้นไป ทำให้หน้าคลื่นการระเบิดค่อย ๆ เปลี่ยนรูปร่างจากโค้งนูนออกมาเป็นโค้งเว้าแทน (จากตำแหน่ง 2 ไป 3) และหน้าคลื่นที่มาจากการระเบิดแต่ละตำแหน่งจะรวมตัวกันกลายเป็นรูปทรงกลมที่หดตัวเข้าข้างในที่ตำแหน่ง 4
 

ก่อนอื่นเรามาลองดูความเร็วของหน้าคลื่นการระเบิด (Detonation velocity) ของวัตถุระเบิดทางทหารบางตัวกันหน่อย pentaerythritol tetranitrate (หรือที่ย่อว่า PETN) มีความเร็วที่ระดับ 8400 m/s ส่วน trimethylenetrinitramine (หรือที่ย่อว่า RDX) ก็มีความเร็วที่ระดับ 8750 m/s หรือถ้าปัดเป็นตัวเลขกลม ๆ ก็คือในเวลา 10^-6 วินาทีจะเคลื่อนที่ได้ระยะทางประมาณ 8.5 มิลลิเมตร หรือในเวลา 10^-9 วินาทีจะเคลื่อนที่ได้ระยะทางประมาณ 0.0085 มิลลิเมตร
 

มวลวิกฤตของ U-235 อยู่ที่ประมาณ 52 kg ซึ่งถ้าเป็นทรงกลมก็จะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 170 mm ส่วน Pu-239 มีขนาดมวลวิกฤตที่ประมาณ 10 kg หรือถ้าเป็นทรงกลมก็จะมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 99 mm ถ้าหากหน้าคลื่นการระเบิดด้านใดด้านหนึ่งนั้นวิ่งเร็วกว่าด้านอื่น แกน Pu-235 ก็จะถูกผลักให้กระเด็นไปทางด้านที่มีความดันต่ำกว่า (คือด้านที่หน้าคลื่นการระเบิดยังเคลื่อนที่มาไม่ถึง) การประกบรวมกันก็จะไม่เกิดขึ้น ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นที่หน้าคลื่นการระเบิดต้องเคลื่อนมาถึงแกน Pu-239 ในเวลาเดียวกัน หรือการจุดระเบิดดินระเบิดของ explosive lens จะต้องเกิดพร้อมกันทุก ๆ จุด ความเที่ยงตรงของอุปกรณ์ที่ใช้ในการจุดระเบิดจึงต้องมีความเที่ยงตรงในระดับที่สูงกว่า 10^-6 วินาที (คือความแตกต่างของเวลาการจุดระเบิดของอุปกรณ์จุดระเบิดแต่ละตัวต้องอยู่ในระดับที่ต่ำกว่า 10^-6 วินาที) และอุปกรณ์ที่ทำงานนี้ได้ก็คือ "Exploding Bridge Wire" (รูปที่ ๒)

รูปที่ ๓ ส่วนหนึ่งของข้อมูลการออกแบบ Exploding Bridge Wire ที่กล่าวไว้ในสิทธิบัตร US 3,040,660 พึงระลึกว่าตัวเลขที่ปรากฏในนี้เป็นตัวเลขในยุคสงครามโลกครั้งที่ ๒ ตอนสร้างระเบิดนิวเคลียร์ลูกแรกของโลก

อุปกรณ์สำคัญที่ทำให้ Exploding Bridge Wire มีความแม่นยำในการจุดระเบิดที่สูงคือตัวเก็บประจุ (ที่ภาษาอังกฤษเรียกว่า capacitor หรือ condenser) ด้วยเหตุนี้จึงทำให้ตัวเก็บประจุที่มีความแม่นยำสูงในการจ่ายไฟฟ้าได้รับการจัดอยู่ในสินค้าควบคุมของกลุ่ม Nuclear Supplier Group (NSG) ดังเช่นรายการในรูปที่ ๔
  

ก่อนการบุกคูเวตของอิรัคในเดือนสิงหาคม พ.ศ. ๒๕๓๓ ทางอังกฤษได้มีการดักจับตัวเก็บประจุที่กำลังจะถูกส่งไปยังประเทศอิรัค โดยอ้างว่าเป็นการหยุดยั้งความพยายามในการสร้างระเบิดนิวเคลียร์ของอิรัค แต่หลังจากนั้นไม่นานผู้นำอิรัคในขณะนั้นก็ได้ออกรายการโทรทัศน์พร้อมกับแสดงสิ่งที่บอกว่าเป็นตัวเก็บประจุ (ที่ใช้ทำอุปกรณ์จุดระเบิดนิวเคลียร์) อยู่ในมือ ทำนองว่าการดักจับของอังกฤษนั้นไม่ได้ส่งผลกระทบอะไร

รูปที่ ๔ รายละเอียดบางส่วนของรายการ 3A201 ตัวเลข 3 คือส่วนของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ อักษร A หมายถึงระบบ อุปกรณ์ หรือชิ้นส่วน เลข 2 ตัวถัดมาหมายถึงเป็นสินค้าที่ใช้ได้สองทางที่มีที่มาจากรายการของ Nuclear Supplier Group (NSG) ส่วนเลข 01 คือลำดับรายการ และรายการนี้ยังมีการแยกออกเป็นข้อย่อยอีก 3 ข้อคือ a. b. และ c. อีก อย่างเช่นในรูปที่ยกมาก็ถือว่าเป็นรายการ 3A201.a

เรื่องต่าง ๆ ที่เล่ามาข้างต้นความรู้ส่วนหนึ่งก็ได้มาจากเพื่อนร่วมห้องทำงานชาวชิลีที่เขามีอาชีพเป็นทหาร แต่ลามาเรียนต่อปริญญาเอกที่อังกฤษด้านการสกัดไอออนโลหะหนักออกจากน้ำทิ้งเขาบรรยายให้ฟัง เพราะตอนที่เกิดเหตุการณ์ทางศุลกากรอังกฤษตรวจยึดตัวเก็บประจุที่กำลังจะส่งออกไปนั้น ผมก็กำลังเรียนระดับปริญญาโทอยู่ที่นั่นพอดี

รูปที่ ๕ ตัวอย่างชุดตัวเก็บประจุขนาดเล็กจำนวน 3 ตัวที่ต่อรวมกันเป็นตัวเก็บประจุขนาดใหญ่จำนวน 1 ตัว ที่ทางวิทยากรของ Mitsubishi electric ยกมาเป็นตัวอย่างการบรรยายการพิจารณาสินค้าว่าเข้าข่ายถูกควบคุมหรือไม่ คือภาพรวมสินค้าทั้งชุดไม่เป็นสินค้าควบคุม แต่ปัญหาอยู่ตรงที่ตัวเก็บประจุที่นำมาต่อกันนั้นเป็นสินค้าควบคุมหรือไม่
 

ในตอนที่ ๓ ของบทความชุดนี้ (ฉบับวันอาทิตย์ที่ ๒๕ สิงหาคม ๒๕๖๒) ผมได้ขึ้นต้นด้วยคำถามที่ผมถามทางเจ้าหน้าที่ญี่ปุ่นเกี่ยวกับการทำให้สารเคมีที่เป็นสินค้าควบคุมให้กลายเป็นสินค้าไม่ควบคุมด้วยการผสมสารปนเปื้อน แต่ทางผู้รับสามารถแยกสารปนเปื้อนดังกล่าวออกได้ง่ายเพื่อทำให้สินค้าที่ได้รับไปนั้นกลับกลายมาเป็นสินค้าควบคุมได้ดังเดิม ว่าจะพิจารณาอย่างไร และในบ่ายวันเดียวกันนั้นเองทางเจ้าหน้าที่ของบริษัท Mitsubishi Electric ที่มาเป็นวิทยากรบรรยายก็ได้ยกตัวอย่างในทำนองเดียวกันขึ้นมา คือกรณีของ "ตัวเก็บประจุ" (รูปที่ ๕)

รูปที่ ๖ การพิจารณาการเข้าข่ายสินค้าของตัวเก็บประจุ เมื่อพิจารณาอุปกรณ์ทั้งชุดตามหมวด 3A001.e.2

ตัวเก็บประจุเป็นสินค้าควบคุมในหมวด 3A001.e.2 และ 3A201.a ตัวเก็บประจุที่ถูกยกมาเป็นตัวอย่างนั้นเป็นชนิด "Unit condenser" หรือชุดตัวเก็บประจุที่ทำขึ้นจากการนำเอาตัวเก็บประจุขนาดเล็กหลายตัวมาต่อรวมกันในบรรจุภัณฑ์เดียวกันให้สามารถเก็บประจุได้มากเหมือนตัวเก็บประจุขนาดใหญ่ เมื่อพิจาณาคุณสมบัติของชุดตัวเก็บประจุตามหมวด 3A001.e.2 (รูปที่ ๖) และ 3A201.a (รูปที่ ๗) พบว่าชุดตัวเก็บประจุดังกล่าวไม่เป็นสินค้าควบคุม
  

แต่ยังมีสิ่งที่ต้องพิจารณาต่อไปอีกว่า สามารถทำการดัดแปลงชิ้นส่วนบางชิ้นส่วนเพื่อให้สินค้านั้นกลับกลายเป็นสินค้าที่อยู่ในข่ายถูกควบคุมได้หรือไม่ (รูปที่ ๘) เช่นเริ่มแรกนั้นอาจใช้สายไฟที่ยาวเชื่อมต่อระหว่างตัวเก็บประจุแต่ละตัว ทำให้ค่า inductance ภายในนั้นสูงเกินกว่าข้อกำหนด แต่ทางผู้รับสินค้าไปสามารถเปลี่ยนสายไฟเส้นดังกล่าวให้สั้นลงได้ง่ายเพื่อลดค่า inductance ภายใน (แบบเดียวกับคำถามที่ผมถามเขาเรื่องปนเปื้อนสารเคมีที่แยกออกได้ง่ายเพื่อให้มันไม่เข้าเกณฑ์) หรือทางผู้รับสินค้าสามารถถอดเอาตัวเก็บประจุภายในแต่ละตัวออกไปใช้งานอื่นได้ ซึ่งถ้าหากเข้าเกณฑ์ทำนองนี้ก็ต้องถือว่าสินค้านั้น แม้ว่าภาพรวมจะไม่เป็นไปตามข้อหนดที่ต้องถูกควบคุม ก็จำเป็นต้องตรวจตัวเก็บประจุที่นำมาต่อกันภายในนั้นว่าเป็นสินค้าที่ต้องถูกควบคุมด้วยหรือไม่ ถ้าพบว่าตัวเก็บประจุที่นำมาต่อกันนั้นมีคุณสมบัติไม่เข้าข่ายถูกควบคุม ตัวชุดตัวเก็บประจุก็จะไม่เป็นสินค้าควบคุม แต่ถ้าพบว่าตัวเก็บประจุที่นำมาต่อกันนั้นมีคุณสมบัติเป็นสินค้าเข้าข่ายถูกควบคุม ตัวชุดตัวเก็บประจุก็ต้องเป็นสินค้าที่ต้องถูกควบคุมไปด้วย แม้ว่าคุณสมบัติโดยภาพรวมจะไม่เข้าข่ายก็ตาม
  

รูปที่ ๗ การพิจารณาการเข้าข่ายสินค้าของตัวเก็บประจุ เมื่อพิจารณาอุปกรณ์ทั้งชุดตามหมวด 3A201.a

รูปที่ ๘ หมายเหตุที่แจ้งให้ต้องวินิจฉัยเพิ่มเติมว่า สามารถถอดแยกส่วนประกอบข้างในออกมาใช้เพื่อวัตถุประสงค์อื่นได้หรือไม่ และสัดส่วนมูลค่าของชิ้นส่วนประกอบนั้นมีมูลค่าสูงหรือไม่เมื่อเทียบกับสินค้าทั้งชิ้น ซึ่งในกรณีนี้พบว่าสามารถปลดสายไฟเพื่อนำเอาตัวเก็บประจุแต่ละชิ้นภายในไปใช้งานอย่างอื่นได้ และราคาของตัวเก็บประจุนั้นมีสัดส่วนที่สูง

รูปที่ ๙ ผลการวินิจฉัยพบว่าตัวเก็บประจุที่ติดตั้งอยู่ภายในเข้าข่ายหมวดสินค้าที่ต้องควบคุม ดังนั้นในกรณีนี้ตัวชุดตัวเก็บประจุจึงกลายเป็นสินค้าที่ต้องถูกควบคุมตามไปด้วย

ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นปัญหาในการวินิจฉัยตรงที่ว่า ถ้าหากบริษัทผู้ผลิตไม่ให้รายละเอียดของสินค้าว่าชิ้นส่วนประกอบภายในนั้นประกอบด้วยอะไรบ้าง ประกอบเข้าด้วยกันอย่างไร และทำการซุกซ่อนอุปกรณ์ที่ต้องได้รับการควบคุมไว้ภายในในฐานะเป็นส่วนประกอบหนึ่งของสินค้าทั้งชิ้น ก็ยากที่บุคคลอื่นจะรู้ได้ว่าสินค้านั้นควรต้องถูกควบคุม
 

ในกรณีของสารเคมีก็เช่นกัน สิ่งที่เรารู้จักจะเป็นความบริสุทธิ์ของสาร ส่วนที่ว่าสิ่งปนเปื้อนประกอบด้วยอะไรบ้างนั้นและเป็นจริงตามที่ฉลากกล่าวไว้หรือไม่นั้น เป็นเรื่องยากที่จะพิสูจน์ อันนี้ยังไม่นับรวมถึงเรื่องที่ว่า การแยกเอาสิ่งปนเปื้อนที่มีอยู่นั้นออกจากตัวสารเคมีหลักได้ง่ายหรือยากด้วย