เปิดมุมมองใหม่ให้เด็กๆ รู้จัก “แสงซินโครตรอน”

แค่ได้ยินชื่อ “แสงซินโครตรอน” หลายคนอาจงงๆ มึนๆ กับศัพท์แสงที่ฟังดูประหลาดๆ แต่ภายใต้ลำแสงที่ไม่ชื่อไม่คุ้นหูนี้ได้สร้างผลงานและการประยุกต์ที่เป็นประโยชน์ในหลายด้าน ตั้งแต่การแพทย์ อุตสาหกรรม เกษตรและสิ่งแวดล้อม

นับเป็นโอกาสดีสำหรับเยาวชนกว่า 140 คน จากหลายโรงเรียน อาทิ โรงเรียนราชสีมาวิทยาลัย โรงเรียนสาธิตแห่งจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย เป็นต้น ที่ได้เข้าไปสัมผัสกับเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนเครื่องแรกและเครื่องเดียวของไทย ที่ตั้งอยู่ภายใน สถาบันวิจัยแสงซินโครตอน จ.นครราชสีมา อีกทั้งยังเป็นเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนขนาดใหญ่ที่สุดในอาเซียนด้วย

ดร.สมชาย ตันชราภรณ์ นักวิทยาศาสตร์ระบบลำเลียงแสง สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน ให้ความรู้ว่าแสงไม่ได้มีเฉพาะที่ตามองเห็นอย่างแสงแดด แสงไฟนีนอนหรือแสงเทียนเท่านั้น แต่ยังมีแสงที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า อย่างเช่น แสงอินฟราเรด ไมโครเวฟและรังสีเอกซ์ เป็นต้น ซึ่งทั้งแสงที่มองเห็นได้และมองไม่เห็นนี้ล้วนเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าได้เช่นเดียวกัน

สำหรับแสงซินโครตรอน (Synchrotron) นั้นทางสถาบันสามารถผลิตขึ้นได้ด้วยการเร่งอิเล็กตรอนในแนวเคลื่อนที่เป็นวงกลม โดยให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเข้าใกล้ความเร็วแสงและบังคับให้เลี้ยวโค้ง การเลี้ยวโค้งของอิเล็กตรอนนี่เองจะปล่อยแสงออกมาในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ช่วงความยาวคลื่นแสงอินฟราเรดไปจนถึงรังสีเอกซ์พลังงานต่ำ โดยเป็นแสงที่สว่างกว่าแสงอาทิตย์ถึง 10,000 เท่า ซึ่งแสงที่ปล่อยออกมานี้ ดร.สมชายอธิบายว่าคล้ายกรณีรถเลี้ยวโค้งแล้วปล่อยพลังงานออกมาในรูปของเสียงดัง “เอี๊ยด!”

ด้าน ดร.ศิรินาฏ ศรีจันทร์ หัวหน้าส่วนใช้บริการผู้ใช้ สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน แสงซินโครตรอนนี้เล็กและมีความสว่างสูงมากจนนำไปวิเคราะห์วัตถุหรืออนุภาคขนาดเล็กระดับนาโนเมตรหรือขนาดเล็กเพียง 1 ใน 40,000 เท่าของเส้นผมคนได้ ตัวอย่างของการประยุกต์ใช้แสงซินโครตรอน เช่น ตรวจสอบคุณสมบัติของผลึกระดับนาโนเมตร ตรวจสอบแร่ธาตุที่เป็นสารอาหารในข้าว วิเคราะห์ชนิดของสารพิษ วิเคราะห์สารเคมีเพื่อหาอายุของวัตถุโบราณ เป็นต้น

ทั้งนี้ เราประยุกต์ใช้แสงซินโครตอนครอบคลุมงานทุกด้าน เช่น ชีววิทยา ฟิสิกส์ การแพทย์ เกษตรและสิ่งแวดล้อม เป็นต้น นอกจากนี้ ดร.สิรินาฏ บอกว่ายังใช้แสงซินโครตรอนผลิตชิ้นงานขนาดเล็กมากๆ ได้ เช่น ฟันเฟืองจุลภาคขนาด 380 ไมโครเมตร และทางสถาบันได้ผลิตตราสัญลักษณ์ฉลองครองสอรอราชสมบัติครบ 60 ปี พระบาทสมเด็จพระเจ้าอยู่หัว เป็นตราสัญลักษณ์ทำด้วยโลหะนิกเกิลขนาดจิ๋ว มีโครงสร้างจุลภาค 3 มิติ ขนาด 2.8 x 4.5 มิลลิเมตร มีลายเส้นเล็กเพียง 15 ไมโครเมตร

สำหรับเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนหรือชื่อเรียกอย่างเป็นทางการว่า “เครื่องกำเนิดแสงสยาม” (Siam Photon Source) นั้นมีส่วนประกอบหลัก 3 ส่วนคือ 1.เครื่องเร่งอนุภาคแนวตรง (Linear Accelerator: Linac) ซึ่งอิเล็กตรอนจำนวนมากที่ผลิตจากปืนอิเล็กตรอนและถูกจับไว้เป็นกลุ่มๆ จะถูกเร่งด้วยคลื่นวิทยุให้มีพลังงาน 40 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ และถูกส่งต่อไปยัง 2.เครื่องเร่งอนุภาคซินโครตรอน (Booster Synchrotron) ซึ่งเป็นเครื่องเร่งอนุภาคแนววงกลม ที่เร่งอิเล็กตรอนให้มีพลังงานเพิ่มขึ้นเป็น 1,000 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์หรือ 1 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์ ภายในเวลา 0.6 วินาทีด้วยคลื่นวิทยุความถี่ 118 เมกะเฮิร์ตซ์ แล้วถูกส่งต่อไปยังวงแหวนกักเก็บอิเล็กตรอน (Storage Ring)
ื
ระหว่างเร่งอิเล็กตรอนในเครื่องเร่งอนุภาคแนวตรงและเครื่องเร่งอนุภาคซินโครตรอนนี้ เจ้าหน้าที่ทุกคนจะไม่ได้อนุญาตให้อยู่ภายในอาคารห้องปฏิบัติการเพื่อป้องกันอันตรายจากรังสีระหว่างเดินเครื่อง และเจ้าหน้าที่จะสามารถกลับเข้าอาคารตามปกติได้เมื่ออิเล็กตรอนถูกส่งเข้าไปยังวงแหวนกักเก็บอิเล็กตรอนแล้ว

ในวงแหวนกักเก็บอิเล็กตรอนนี้มีแม่เหล็กหลายชนิด ได้แก่ แม่เหล็ก 2 ขั้ว, 4 ขั้ว, 6 ขั้ว และ 8 ขั้ว เพื่อบังคับให้อิเล็กตรอนพลังงานสูงเคลื่อนที่อยู่ในท่อสูญญากาศ ซึ่งการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในท่อสูญญากาศนี้จะช่วยลดการสูญเสียพลังงานให้น้อยที่สุด โดยอิเล็กตรอนจะถูกเร่งให้มีพลังงานเพิ่มขึ้นเป็น 1,200 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ และจะมีการปลดปล่อยแสงซินโครตรอนที่บริเวณแม่เหล็ก 2 ขั้ว

การเยี่ยมสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอนนี้เป็นส่วนหนึ่งของกิจกรรม “ค่ายคุยกันฉันวิทย์สัญจร” ครั้งที่ 1 ซึ่งจัดขึ้นเมื่อวันที่ 7-8 ม.ค.54 ที่ผ่านมา โดย น.ส.จีรวรรณ เล็กกระจ่าง นักเรียนสายศิลป์คณิต-อังกฤษ ชั้น ม.5 จากโรงเรียนเทพศิรินทร์ ร่มเกล้า ที่เข้าร่วมกิจกรรมในค่ายกล่าวว่ารู้สึกตื่นเต้นที่ได้เห็นเทคโนโลยีแปลกใหม่ที่ไม่เคยรู้จักมาก่อน และยังได้รู้จักเทคโนโลยีแสงซินโครตรอนที่นำไปใช้ประโยชน์ได้หลกาหลายด้วย

ด้าน น.ส.สุทธิดา เตียนสูงเนิน และ นายอรรถพล ไชยนา นักเรียนชั้น ม.4 จากโครงการห้องเรียนวิทยาศาสตร์ โรงเรียนราชสีมาวิทยาลัย ในกำกับดูแลของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี (มทส.) ซึ่งมีโอกาสเยี่ยมชมเครื่องกำเนิดแสงซินโครตอนเป็นครั้งที่ 2 แล้ว บอกกับทีมข่าววิทยาศาสตร์ ASTV-ผู้จัดการออนไลน์ ว่า ได้รู้จักแสงที่ค่อนข้างแปลกใหม่และมีหลายช่วงความยาวคลื่น โดยครั้งก่อนภายในห้องปฏิบัติการยังไม่เรียบร้อยนัก แต่ล่าสุดมีการปรับปรุงเรียบร้อยแล้ว และยังได้อีกว่ามีการนำแสงซินโครตรอนไปประยุกต์ใช้อะไรบ้าง และเชื่อว่าแสงซินโครตอนนี้จะช่วยพัฒนาอุตสาหกรรมของไทยได้