บทที่ 192 ปัญหาที่จางเอี้ยนต้องเผชิญ
หลังจากกินข้าวอิ่มแล้ว โจวอี้หมินนั่งคุยกับจางเอี้ยนอยู่สักพัก
ป้าจางดึงจางลู่และจางอวี้ออกไปด้านนอก เพราะไม่อยากให้พวกเธอรบกวนพื้นที่ของลูกสาวและลูกเขย เธอพึงพอใจกับลูกเขยคนนี้มาก
จางเจี้ยนเช่อยกกล่องมะม่วงออกไป
“ฉันจะออกไปข้างนอกสักหน่อย”
เขาตั้งใจจะใช้มะม่วงลังนี้เป็นเครื่องมือในการช่วยให้โจวอี้หมินได้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำเก่ามาหนึ่งเครื่อง โดยใช้เหตุผลที่เหมาะสมเพื่อส่งเครื่องนั้นไปยังหมู่บ้านโจว
โดยให้หมู่บ้านโจวเป็นผู้รับแทนที่จะเป็นโจวอี้หมินเอง
ด้วยวิธีนี้ ต่อให้มีการตรวจสอบในอนาคต ความรับผิดชอบก็จะตกอยู่ที่กลุ่มของหมู่บ้านโจวโดยตรง และจะไม่เกี่ยวข้องกับลูกเขยของเขา
“ระวังตัวด้วยนะ”
เธอรู้ดีว่าสามีของเธอกำลังทำเรื่องนี้เพื่อช่วยลูกเขย จึงไม่ได้ห้ามอะไร เพียงแต่กำชับให้เขาระมัดระวังตัว
โจวอี้หมินอยู่กับคู่หมั้นในห้องเพียงลำพัง แต่ภาพที่เกิดขึ้นไม่ใช่สิ่งที่ทุกคนอาจจินตนาการถึง เพราะจางเอี้ยนได้รับอิทธิพลจากพ่อของเธอ ทำให้เธอเลือกเรียนด้านเทคโนโลยีในมหาวิทยาลัย
“พวกคุณเริ่มวิจัยเรื่องนี้แล้วเหรอ?” โจวอี้หมินมองเอกสารอยู่สักพัก ก่อนจะถามขึ้นอย่างอดไม่ได้
เป็นเพียงนักศึกษาปีหนึ่งก็เริ่มทำงานวิจัยแล้วหรือ?
หัวข้อวิจัยของจางเอี้ยนคือเรื่อง “หลอดไฟ”
บางคนอาจสงสัยว่า หลอดไฟก็ถูกประดิษฐ์มานานแล้ว ยังมีอะไรให้ต้องวิจัยอีกหรือ?
ในความเป็นจริง หลอดไฟที่ใช้อยู่ในประเทศจีนในปัจจุบันยังไม่สมบูรณ์นัก นอกจากจะมีการสิ้นเปลืองพลังงานสูงแล้ว อายุการใช้งานยังสั้นมาก
ตามข้อมูลที่โจวอี้หมินทราบ ในปี 1959 หรือเมื่อปีที่แล้ว สหรัฐอเมริกาเพิ่งพัฒนาหลอดไฟฮาโลเจน (Halogen Lamp) ได้สำเร็จ และคาดว่าประเทศจีนยังไม่มีเทคโนโลยีนี้
สำหรับหลอดไส้ธรรมดา ปัญหาคืออุณหภูมิสูงของไส้หลอดทำให้เกิดการระเหยของธาตุทังสเตน ซึ่งทังสเตนที่ระเหยออกมาจะเกาะตัวบนผิวของหลอดแก้ว เกิดเป็นคราบดำที่หลอดไฟ
แต่หลอดไฟฮาโลเจนแก้ปัญหาคราบดำบนหลอดไฟได้ด้วยการใช้หลักการหมุนเวียนของไอทังสเตน
จางเอี้ยนพยักหน้า “ค่ะ! นี่เป็นหัวข้อวิจัยของกลุ่มเราสำหรับเทอมนี้ อย่ามองว่าหลอดไฟดูเรียบง่ายนะคะ จริงๆแล้วต้องศัยความรู้เกี่ยวข้องอยู่เยอะมาก”
“ผมรู้” โจวอี้หมินตอบอย่างเห็นด้วย
หลอดไฟธรรมดาประกอบด้วยส่วนต่าง ๆ หลายอย่าง เช่น หลอดแก้ว ไส้หลอด สายไฟ เสาต่อไฟ และหัวหลอด
หลอดแก้วมักทำเป็นทรงกลม โดยใช้วัสดุที่เป็นแก้วทนความร้อน มีหน้าที่แยกไส้หลอดออกจากอากาศ เพื่อให้แสงส่องผ่านได้และปกป้องไส้หลอด ในขณะที่หลอดไฟทำงาน อุณหภูมิของหลอดแก้วอาจสูงถึงประมาณ 100 องศา
ไส้หลอดทำจากลวดทังสเตนที่บางกว่าผมมนุษย์ ถูกดัดให้เป็นรูปทรงเกลียว
แม้ว่าไส้หลอดจะดูสั้น แต่ถ้าดึงลวดทังสเตนทรงเกลียวที่บางมากนี้ให้ตรง ความยาวของมันจะมากกว่า 1 เมตร
สายไฟสองเส้นในหลอดไฟ แม้ดูเหมือนง่าย แต่จริง ๆ แล้วประกอบด้วยสามส่วน ได้แก่ สายไฟภายใน ดูเมทัลลิก และ สายไฟภายนอก
สายไฟภายใน: ใช้สำหรับนำไฟฟ้าและยึดไส้หลอด ทำจากลวดทองแดงหรือเหล็กเคลือบนิกเกิล
ดูเมทัลลิก: เป็นลวดโลหะสีแดงสั้น ๆ อยู่ตรงกลาง มีหน้าที่เชื่อมต่อกับแก้วอย่างแน่นหนาเพื่อป้องกันการรั่วของอากาศ
สายไฟภายนอก: ทำจากลวดทองแดง มีหน้าที่เชื่อมต่อกับหัวหลอดไฟเพื่อจ่ายไฟฟ้า
ส่วนแก้วทรงกรวยที่เรียกว่า แกนแก้ว มีหน้าที่เชื่อมต่อกับหลอดแก้วและทำหน้าที่ยึดชิ้นส่วนโลหะให้อยู่ในตำแหน่งที่แน่นอน
หัวหลอดไฟ เป็นชิ้นส่วนโลหะที่เชื่อมต่อกับฐานหลอดไฟและจ่ายไฟฟ้า ใช้การเชื่อมต่อด้วยวัสดุพิเศษเพื่อยึดติดกับหลอดแก้ว
"ตอนนี้พวกคุณกำลังคิดจะเปลี่ยนวัสดุของไส้หลอด เพื่อยืดอายุการใช้งานของหลอดไฟใช่ไหม?" โจวอี้หมินถามเธอ
เขามองบันทึกที่จางเอี้ยนจดไว้ ก็พอจะเดาได้ว่าพวกเธอกำลังทำอะไรอยู่
“ใช่ค่ะ! ไม่ใช่แค่ยืดอายุการใช้งาน คุณสังเกตไหมว่า ไส้หลอดทังสเตนจะระเหยและทำให้หลอดแก้วเป็นคราบดำ ถ้าเปลี่ยนไปใช้วัสดุอื่น อาจจะไม่เกิดปัญหาแบบนี้ก็ได้นะ?” จางเอี้ยนกล่าว
การเปลี่ยนวัสดุของไส้หลอดเป็นแนวคิดร่วมของกลุ่มวิจัยของพวกเธอ
ในตอนนี้ พวกเธอได้ทำการทดลองไปแล้วหลายครั้ง โดยลองเปลี่ยนวัสดุไส้หลอดมากกว่าสิบชนิด แต่ก็ยังไม่ได้ผลลัพธ์ที่น่าพอใจ
เพราะเกรงว่าโจวอี้หมินจะไม่เข้าใจ จางเอี้ยนจึงอธิบายอย่างละเอียด
เธอบอกว่า เช่นเดียวกับไส้หลอดที่ทำจากคาร์บอน ไส้หลอดทังสเตนในหลอดไฟก็ไม่ถูกกับอากาศเช่นกัน
ถ้าภายในหลอดแก้วมีอากาศอยู่เต็ม เมื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าแล้ว อุณหภูมิของไส้หลอดจะสูงขึ้นเกิน 2000°C จากนั้นอากาศจะทำปฏิกิริยากับไส้หลอดอย่างรุนแรง จนทำให้ไส้หลอดถูกเผาไหม้และขาดในเวลาอันสั้น
พร้อมกันนั้นยังจะเกิดสาร ทังสเตนไตรออกไซด์ ที่มีสีเหลืองขาว ซึ่งจะเกาะอยู่ที่ผิวด้านในของหลอดแก้วและชิ้นส่วนภายในของหลอดไฟ
"ก็หมายความว่า คราบดำพวกนั้นจริงๆ แล้วก็คือทังสเตนไตรออกไซด์ ที่ทั้งหมดเกิดจากอากาศใช่ไหม?" โจวอี้หมินพูดขึ้น
จางเอี้ยนชะงักไปเล็กน้อย แต่รู้สึกว่าคำพูดของคู่หมั้นไม่มีอะไรผิด เธอจึงพยักหน้าและตอบว่า "ใช่ค่ะ!"
"แล้วพวกคุณจะเปลี่ยนวัสดุอะไร? ทำไมไม่แก้ปัญหาจากอากาศล่ะ ลองเอาอากาศข้างในออกไปสิ" โจวอี้หมินพูดต่อ
โจวอี้หมินเอียงคอแล้วพูดอย่างมั่นใจ "พูดให้ถูกก็คือ ออกซิเจนในอากาศนั่นแหละที่เป็นตัวปัญหา เอาออกซิเจนออกไปก็พอ"
เขาอธิบายเพิ่มเติมว่า เพียงแค่ทา ฟอสฟอรัสแดง บาง ๆ บนแกนแก้วของหลอดไฟ เมื่อฟอสฟอรัสแดงได้รับความร้อน มันจะเปลี่ยนเป็น ฟอสฟอรัสขาว ซึ่งฟอสฟอรัสขาวจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนได้ง่ายมาก และสร้าง ฟอสฟอรัสเพนตะออกไซด์ (P2O5) ที่เป็นของแข็ง โดยปฏิกิริยานี้จะช่วย "กิน" ออกซิเจนจนหมด ทำให้กำจัดออกซิเจนที่หลงเหลืออยู่ในหลอดไฟได้
จางเอี้ยนถึงกับตกตะลึงและยืนนิ่งไม่พูดอะไรไปชั่วขณะ
"อี้หมิน หลอดไฟที่เราใช้อยู่ตอนนี้ก็ใช้วิธีนี้แหละ แต่คุณต้องเข้าใจนะว่า อากาศ หรือพูดให้เจาะจงก็คือออกซิเจนภายในหลอด มักจะยังมีหลงเหลืออยู่บ้าง" จางเอี้ยนพูดพร้อมหัวเราะ
การจะดูดอากาศในหลอดไฟออกจนหมด 100% เป็นไปไม่ได้ เนื่องจากเทคโนโลยีและกระบวนการผลิตในประเทศตอนนี้ยังไม่ถึงระดับนั้น
"เพื่อแก้ปัญหานี้ ต่างประเทศได้ลองฉีด ก๊าซไนโตรเจน เข้าไปในหลอดไฟมานานแล้ว" จางเอี้ยนอธิบายต่อ
ถ้าหลอดไฟเป็นสุญญากาศอย่างสมบูรณ์ เมื่อไส้หลอดทังสเตนถูกจ่ายกระแสไฟฟ้าและอุณหภูมิสูงขึ้น โมเลกุลของทังสเตนจะเริ่ม "เคลื่อนไหวอย่างอิสระ" และหลุดออกจากไส้หลอดจำนวนมาก "เหมือนเข้าไปในพื้นที่ไร้การควบคุม" กระจายไปทั่วจนไปเกาะอยู่ที่ผนังด้านในของหลอดแก้ว
แต่ถ้าหลอดไฟถูกเติมด้วย ก๊าซไนโตรเจน ชั้นบาง ๆ ของก๊าซจะเกิดขึ้นรอบ ๆ ไส้หลอด ทำหน้าที่เป็นชั้นป้องกันที่เสถียร
โมเลกุลของก๊าซไนโตรเจนแต่ละตัวเปรียบเหมือน "นักรบผู้กล้า" ที่เฝ้าปกป้องไส้หลอดทังสเตน เมื่อโมเลกุลของทังสเตนพยายามหลุดออกจากไส้หลอด ก๊าซไนโตรเจนจะผลักดันกลับไปอย่างไม่ปรานี ส่งโมเลกุลเหล่านั้นกลับสู่ที่เดิม เพื่อทำหน้าที่สร้างแสงสว่างต่อไป
ด้วยวิธีนี้ อัตราการระเหยของทังสเตนจากไส้หลอดจะลดลงอย่างมาก และหลอดไฟแบบเติมก๊าซไนโตรเจนก็เกิดขึ้น
การเติมก๊าซทำให้อัตราการระเหยของทังสเตนช้าลง นอกจากนี้ ไส้หลอดยังสามารถทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นในระยะเวลาเท่าเดิมได้ ทำให้หลอดไฟแบบเติมก๊าซมีประสิทธิภาพการให้แสงสว่างสูงกว่าหลอดไฟแบบสุญญากาศ
“ถ้าอย่างนั้น จะสามารถเติมธาตุอื่นเข้าไปในหลอด เพื่อให้ทังสเตนที่ระเหยออกมา กลับไปเกาะที่ไส้หลอดอีกครั้งภายใต้อุณหภูมิสูงได้ไหม?” โจวอี้หมินตั้งคำถาม พร้อมชี้แนวทางให้จางเอี้ยนพิจารณาตามหลักการของ หลอดไฟฮาโลเจน
หลักการของหลอดไฟฮาโลเจนเรียบง่าย ในสภาวะอุณหภูมิที่เหมาะสม ทังสเตนที่ระเหยออกจากไส้หลอดจะทำปฏิกิริยากับสารประกอบฮาโลเจนบริเวณผนังหลอดไฟ เกิดเป็นสารประกอบ ฮาโลเจนทังสเตน ที่สามารถระเหยได้
เนื่องจากอุณหภูมิของผนังหลอดไฟสูงมาก สารประกอบฮาโลเจนทังสเตนจึงอยู่ในสถานะก๊าซ เมื่อสารประกอบนี้กระจายไปยังบริเวณที่อุณหภูมิสูงรอบ ๆ ไส้หลอด มันจะแตกตัวกลับเป็นฮาโลเจนและทังสเตนอีกครั้ง
ทังสเตนที่ถูกปล่อยออกมาส่วนหนึ่งจะกลับไปเกาะที่ไส้หลอด ในขณะที่ฮาโลเจนจะเข้าสู่กระบวนการหมุนเวียนซ้ำ ๆ ต่อไป
เทคโนโลยีบางอย่างที่ดูซับซ้อน เมื่อถูกอธิบายอย่างชัดเจนแล้ว ก็กลับกลายเป็นเรื่องง่าย
“ให้กลับไปเป็นไส้หลอดทังสเตนอีกครั้งเหรอ?”
แนวคิดที่กล้าหาญนี้ทำให้จางเอี้ยนถึงกับตกใจ เพราะพวกเธอไม่เคยคิดจะทำแบบนี้มาก่อน
แต่ด้วยความเฉลียวฉลาดของจางเอี้ยน เธอเข้าใจได้อย่างรวดเร็วว่านี่เป็นทิศทางที่เป็นไปได้
“ใช่เลย! อี้หมิน ความคิดของคุณนี่สุดยอดมากจริง ๆ”
(จบบท)
