เครื่องเร่งอนุภาคไซโคลตรอน

      ความสำคัญของปฏิกิริยาลูกโซ่วางอยู่บนรากฐานความจริงที่ว่า เมื่ออะตอมแต่ละอะตอมแตกตัวจะให้พลังงานออกมา  เราได้เคยกล่าวหลายครั้งแล้วว่าพลังงานนี้มีจำนวนมาก  ความจริงแล้วจำนวนพลังงานที่อะตอมหนึ่ง ๆ ให้ออกมีจำนวนน้อย  แต่อย่างไรก็ตามในปฏิกิริยาลูกโซ่มีอะตอมมากมายที่แตกตัว  ดังนั้น จำนวนพลังงานรวมจึงมหาศาล  ถ้าทุกอะตอมของยูเรเนียมที่มีขนาดเท่าปลายนิ้วก้อยแตกตัวหมด  จะให้พลังงานออกมาเพียงพอที่จะจุดหลอดไฟได้ถึง 20,000 ดวงเป็นเวลา 12 วัน

      ด้วยเหตุนี้ท่านผู้อ่านก็คงเข้าใจว่าทำไมนักฟิสิกส์จึงต้องการที่จะทราบว่าเมื่ออะตอมของยูเรเนียมแตกตัวออกเป็น 2 ส่วน จะให้นิวตรอนด้วยหรือไม่   

      ในปี พ.ศ. 2482  นักฟิสิกส์ในสหรัฐอเมริกามีกระสุนที่มีกำลังมากกว่าสำหรับรุมยิงอะตอมและมีจำนวนมากด้วย  จึงนับว่ามีเครื่องมือที่ดีกว่านักวิทยาศาสตร์ทางยุโรป

      นับตั้งแต่รัทเธอร์ฟอร์ดได้เริ่มรุมยิงอะตอมด้วยอนุภาคอัลฟาเป็นต้นมา  นักฟิสิกส์มีความต้องการกระสุนที่ดีกว่าที่ได้จากธาตุกัมมันตรังสี  เพราะคิดว่าอาจจะใช้โปรตอนหรือนิวเคลียสของไฮโดรเจนแทน  แต่ก็ปรากฏว่านิวเคลียสของไฮโดรเจนวิ่งไม่เร็วเหมือนอนุภาคที่ได้จากสารกัมมันตรังสี  จึงมีพลังงานไม่มากพอที่จะชนอะตอมให้แตกตัวได้  ดังนั้น  นักวิทยาศาสตร์ยึงไดวางแผนสร้างเครื่องมือที่จะให้โปรตอนหรือนุภาคอื่น ๆ วิ่งเร็วขึ้น  เครื่องมือนี้ปัจจุบันเรียกว่า  “เครื่องเร่งอนุภาค  ( accelerator )”

      เมื่อเฟอร์มีเดินทางมาถึงสหรัฐอเมริกา  เขาพบว่าที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียมีเครื่องเร่งอนุภาคเครื่องหนึ่งเรียกว่า  ไซโคลตรอน อยู่แล้ว  ก่อนหน้านี้ 2-3 ปี นักฟิสิกส์ที่แคลิฟอร์เนีย  เออเนส์ โอ ลอเรนซ์  (Ernest O.Lawrence)  ได้ประดิษฐ์และสร้างเครื่องไซโคลตรอนเครื่องแรกที่เบอร์คเลย์  แคลิฟอร์เนีย

      ส่วนที่สำคัญที่สุดของไซโคลตรอนก็คือแม่เหล็กแท่งใหญ่และกล่องโลหะ   (ไซโคลตรอนสมัยใหม่มีแม่เหล็กใหญ่มาก  เครื่องหนึ่งที่มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย  แม่เหล็กหนักเท่ากับหัวรถจักรอย่างใหญ่ถึง 40 คัน)  กล่องโลหะจะวางอยู่ระหว่างปลายทั้งสองของขั้วแม่เหล็ก  โปรตอนหรืออนุภาคที่มีประจุไฟฟ้าอื่น ๆ จะถูกส่งเข้าไปในนี้  แรงไฟฟ้าจะทำให้อนุภาคถูกผลักทีละน้อย ๆ และแต่ละครั้งที่ถูกผลักความเร็วก็จะมากขึ้นเรื่อย ๆ  ถ้าไม่มีแม่เหล็กอนุภาคจะวิ่งออกไปเป็นเส้นตรงและจะหนีไปก่อนที่จะมีความเร็วมาก ๆ   แม่เหล็กเป็นตัวบังคับทำให้ทิศทางของอนุภาคโค้ง จึงทำให้รักษาอนุภาคไว้ในกล่องได้โดยอนุภาคจะวิ่งรอบแล้วรอบเล่า และก็จะเร็วขึ้น ๆ จนในที่สุดมันจะมีความเร็วและพลังงานสูงมาก