มารู้จัก "แสงซินโครตรอน" และวิธีผลิต  73

คำสำคัญ : 

แสงซินโครตรอนคืออะไร?

แสงซินโครตรอน (Synchrotron light) เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากอนุภาคมีประจุ เช่น อิเล็กตรอนหรือโปรตอน ที่มีความเร็วสูงและเกิดความเร่ง (มีการเปลี่ยนแปลงความเร็ว หรือเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ หรือทั้งสองอย่าง) ทำให้พลังงานจลน์บางส่วนของอนุภาคนั้นถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

แสงซินโครตรอนสามารถเกิดขึ้นได้เองตามธรรมชาติ เช่น แสงที่เราสังเกตเห็นจากกลุ่มก๊าซมีประจุในอวกาศที่เราเรียกว่า เนบิวลา ซึ่งเป็นกลุ่มของไอออนที่มีทั้งความเร็วและความเร่งเนื่องจากอยู่ในกระบวนการก่อกำเนิดดาวฤกษ์หรืออยู่ในกระบวนการภายหลังการระเบิดของดาวฤกษ์ (ซุปเปอร์โนวา) เรายังสามารถผลิตแสงซินโครตรอนได้โดยใช้เครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอน ซึ่งให้แสงที่มีพลังงานครอบคลุมตั้งแต่ย่านแสงอินฟราเรดไปจนถึงย่านรังสีเอ็กซ์พลังงานสูง และมีความเข้มของแสงสูงมาก นักวิจัยใช้แสงซินโครตรอนในการศึกษาคุณสมบัติต่าง ๆ ของสิ่งที่สนใจในระดับอะตอมและโมเลกุล

Note : คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Radiation) คือ คลื่นตามขวางที่ประกอบด้วยสนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้าที่ตั้งฉากซึ่งกันและกัน คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถเคลื่อนที่ได้โดยไม่ต้องอาศัยตัวกลางในการเคลื่อน ที่ เช่น คลื่นวิทยุ (Radio waves) คลื่นไมโครเวฟ (Microwaves) รังสีอินฟราเรด (Infrared) รังสีเอกซ์ (X-rays) เป็นต้น

 

รู้หรือไม่ว่าประเทศไทยสามารถผลิตแสงซินโครตรอนได้!

 

สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน)

เป็นองค์การมหาชน ภายใต้กำกับของกระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม ตั้งอยู่ ณ บริเวณมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี จ.นครราชสีมา เป็นสถาบันที่สามารถผลิตแสงซินโครตรอน สำหรับใช้ในการวิเคราะห์ วิจัย การปรับปรุงและพัฒนาผลิตภัณฑ์เพื่อเพิ่มมูลค่าให้แก่ภาคอุตสาหกรรม แห่งเดียวในประเทศไทย และใหญ่ที่สุดในภูมิภาคอาเซียน โดยมีพันธกิจเพื่อการวิจัยเกี่ยวกับแสงซินโครตรอน การให้บริการแสงซินโครตรอนและเทคโนโลยีด้านแสงซินโครตรอน อีกทั้งการส่งเสริมการถ่ายทอดและการเรียนรู้เทคโนโลยีด้านแสงซินโครตรอน

แสงจากเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนมีประโยชน์อย่างกว้างขวาง เพื่อการวิเคราะห์วิจัยเชิงลึกทางวิทยาศาสตร์ของวัตถุต่าง ๆ ในระดับอะตอมและโมเลกุล วัตถุที่นำมาทดสอบสามารถมีสถานะ ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ แม้กระทั่งพลาสมา เครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนนับเป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่ ที่มีความซับซ้อนทางเทคโนโลยีวิศวกรรมที่นับเป็นโครงสร้างพื้นฐานอันสำคัญต่อการพัฒนาประเทศทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ที่ต้องการตอบโจทย์ลึกซึ้งทางวัสดุถึงระดับอะตอมและโมเลกุล มีการประยุกต์หลากหลาย ทั้งทางเกษตร การแพทย์ เภสัชกรรม อุตสาหกรรม

 

วิธีผลิตแสงซินโครตรอน

1. ขั้นตอนที่หนึ่ง คือ การผลิตอิเล็กตรอน โดยการปล่อยกระแสไฟฟ้าให้กับไส้โลหะของปืนอิเล็กตรอนจนร้อน จนทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกมา จากนั้นจึงใช้ความต่างศักย์ไฟฟ้าแรงสูงขั้วบวกในการดึงอิเล็กตรอนให้วิ่งไป ในทิศทางเดียวกัน

2. ขั้นตอนที่สอง เป็นการเร่งความเร็วอิเล็กตรอนในแนวเส้นตรง ด้วยเครื่องเร่งอนุภาคแนวตรง หรือ linac เพื่อเร่งอิเล็กตรอนมีความเร็วสูงในระดับที่ต้องการ (40 ล้านอิเล็กตรอนโวลท์) จากนั้นป้อนอิเล็กตรอนนี้เข้าสู่เครื่องเร่งอนุภาคแนววงกลมหรือเครื่องซินโค รตรอน

3. ขั้นตอนที่สาม อิเล็กตรอนภายในเครื่องซินโครตรอนจะถูกบังคับให้วิ่งเป็นวงกลมและ มีความเร็วเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งมีความเร็วสูงเกือบเท่าความเร็วแสง (1,000 ล้านอิเล็กตรอนโวลท์ หรือ 1 GeV) หลังจากนั้นอิเล็กตรอนจะส่งเข้าสู่วงกักเก็บอิเล็กตรอนเป็นขั้นตอนสุดท้าย

4. ขั้นตอนที่สี่ วงกักเก็บอิเล็กตรอนทำ หน้าที่เพิ่มพลังงานเร่งอิเล็กตรอนให้มีพลังงานสูงถึง 1,200 ล้านอิเล็กตรอนโวลท์ (1.2 GeV) เพื่อการผลิตแสงซินโครตรอน ด้วยการใช้สนามแม่เหล็กบีบบังคับให้อิเล็กตรอนเลี้ยวเบนและปลดปล่อยแสงหรือ โฟตอนออกมาขณะเลี้ยวเบน และกักเก็บอิเล็กตรอนที่ผลิตขึ้น เพื่อนำแสงซินโครตรอนมาใช้ประโยชน์และให้บริการแก่นักวิทยาศาสตร์ในงานวิจัย ด้านต่างๆ ต่อไป

คุณสมบัติของแสงซินโครตรอนที่ผลิต

แสงซินโครตรอนที่ผลิตขึ้น ณ ห้องปฏิบัติการแสงสยามมีความสว่างกว่าแสงในเวลากลางวันกว่าล้านเท่า คมชัด ความเข้มสูง อำนาจการทะลุทะลวงสูง และมีขนาดของลำแสงเล็กมากเทียบเท่ากับระดับความหนาของเส้นผม ทำให้สามารถศึกษาถึงโครงสร้างระดับอะตอมของธาตุชนิดต่างๆ ได้ นอกจากนี้ยังครอบคลุมช่วงความยาวคลื่นต่อเนื่อง ตั้งแต่ รังสีอินฟราเรด แสงที่ตามองเห็น รังสีอัลตราไวโอเลต และรังสีเอกซ์ ทำให้นักวิทยาศาสตร์สามารถเลือกใช้ช่วงความยาวคลื่นหรือพลังงานที่เหมาะสม เพื่อนำมาใช้ศึกษาในงานวิจัยด้านต่างๆ ตามที่ต้องการได้

สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) ดูแลบำรุงรักษา และใช้ประโยชน์เครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอน ทั้งเพื่อการวิจัยเชิงวิชาการและการวิจัยที่ตอบโจทย์อุตสาหกรรมจาก
Real-sector ผู้สนใจเข้าใช้ประโยชน์สามารถติดต่อได้ทาง www.slri.or.th อีเมล์ : siampl@slri.or.th

 

ข้อมูลจาก

สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน)

https://www.slri.or.th/


เขียนโดย : น.ส.พุทธพร  ผ่องกาย สอบถามข้อมูลเพิ่มเติม : puttaporn.p@mhesi.go.th