แสงซินโครตรอน คืออะไร? 

แสงซินโครตรอน คือ แสงที่ถูกปลดปล่อยยออกมาจากอิเล็กตรอนที่เลี้ยวโค้งด้วยความเร็วใกล้ความเร็วแสง (ความเร็วสามร้อยล้านเมตรต่อวินาทีหรือประมาณหนึ่งพันล้านกิโลเมตรต่อชั่วโมง) แสงซินโครตรอนจึงนับเป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเช่นเดียวกับแสงที่มาจากดวงอาทิตย์ 

ในการผลิตแสงซินโครตรอน เราต้องมีอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้ความเร็วแสง และบังคับให้เลี้ยวโค้ง ดังนั้น เครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนจึงประกอบด้วยส่วนประกอบหลักสามส่วนคือ

• ปืนอิเล็กตรอน ใช้สำหรับผลิตลำอนุภาคอิเล็กตรอน
• ระบบเครื่องเร่งอนุภาค สำหรับเร่งความเร็วของลำอิเล็กตรอน
• วงกักเก็บอิเล็กตรอน สำหรับเก็บลำอนุภาคอิเล็กตรอนความเร็วสูง และบังคับให้เลี้ยวโค้งด้วยสนามแม่เหล็กเพื่อให้ปลดปล่อยแสงซินโครตรอน

การผลิตแสงซินโครตรอน

1. การผลิตอิเล็กตรอน โดยการปล่อยกระแสไฟฟ้าให้กับไส้โลหะของปืนอิเล็กตรอนจนร้อน จนทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกมา จากนั้นจึงใช้ความต่างศักย์ไฟฟ้าแรงสูงขั้วบวกในการดึงอิเล็กตรอนให้วิ่งไป ในทิศทางเดียวกัน
2. การเร่งความเร็วอิเล็กตรอนในแนวเส้นตรง ด้วยเครื่องเร่งอนุภาคแนวตรง หรือ linac เพื่อเร่งอิเล็กตรอนมีความเร็วสูงในระดับที่ต้องการ (40 ล้านอิเล็กตรอนโวลท์) จากนั้นป้อนอิเล็กตรอนนี้เข้าสู่เครื่องเร่งอนุภาคแนววงกลมหรือเครื่องซินโครตรอน
3. อิเล็กตรอนภายในเครื่องซินโครตรอนจะถูกบังคับให้วิ่งเป็นวงกลม และมีความเร็วเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ จนกระทั่งมีความเร็วสูงเกือบเท่าความเร็วแสง (1, 000 ล้านอิเล็กตรอนโวลท์ หรือ 1 GeV) หลังจากนั้นอิเล็กตรอนจะส่งเข้าสู่วงกักเก็บอิเล็กตรอนเป็นขั้นตอนสุดท้าย
4. วงกักเก็บอิเล็กตรอนจะทำหน้าที่เพิ่มพลังงานเร่งอิเล็กตรอนให้มีพลังงานสูงถึง 1,200 ล้านอิเล็กตรอนโวลท์ (1.2 GeV) เพื่อการผลิตแสงซินโครตรอนด้วยการใช้สนามแม่เหล็ก บีบบังคับให้อิเล็กตรอนเลี้ยวเบนและปลดปล่อยแสง หรือ โฟตอนออกมาขณะเลี้ยวเบน และกักเก็บอิเล็กตรอนที่ผลิตขึ้น เพื่อนำแสงซินโครตรอนมาใช้ประโยชน์และให้บริการแก่นักวิทยาศาสตร์ในงานวิจัย ด้านต่าง ๆ ต่อไป
5. นักวิทยาศาสตร์นำแสงซินโครตรอนไปใช้ในการวิจัยได้ถึงระดับอะตอม

แสงซินโครตรอน เปรียบเสมือน “กล้องจุลทรรศน์” ที่สามารถใช้ส่องดูอะตอมในวัตถุต่างๆ ได้ และด้วยความพิเศษของแสงซินโครตรอนนี้ทำให้การผลิตเเสงสินโครตรอนนำมาซึ่งการค้นพบนวัตกรรมใหม่ในหลากหลายด้าน เช่น

• ด้านวิทยาศาสตร์พื้นฐาน

ใช้ในการหาคุณสมบัติของอะตอม โมเลกุล และความยาวพันธะระหว่างอะตอม ภายในโมเลกุลของสสาร

• ด้านวิทยาศาสตร์ชีวภาพและวิทยาศาสตร์การแพทย์

ใช้ในการศึกษาโครงสร้างของสารชีวโมเลกุลที่มีขนาดเล็กและมีโครงสร้างที่ซับซ้อน ซึ่งพบในเซลล์สิ่งมีชีวิต เช่น โปรตีน  เป็นต้น

• ด้านสิ่งแวดล้อม

ใช้ในการตรวจสอบสารพิษที่ตกค้างในสิ่งแวดล้อม ทั้งทางดินและทางน้ำ

• ด้านโบราณคดี

ตรวจสอบคุณสมบัติของโครงสร้างภายในที่ทำให้ทราบถึงที่มาที่ไปและวิธีการสร้างของวัตถุโบราณ ซึ่งจะเป็นประโยชน์ในด้านการศึกษาประวัติศาสตร์ รวมถึงใช้ในการปฏิสังขรณ์โบราณสถาน

• ด้านอุตสาหกรรมและการเกษตร

ใช้ในการศึกษาวิจัยเพื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ หรือการปรับปรุงผลิตภัณฑ์ที่มีอยู่เดิมนั้นจำเป็นต้องมีการนำมาศึกษาในเชิงลึก โดยการนำความรู้ใหม่ๆ ที่ได้มาใช้เพิ่มมูลค่าในเชิงอุตสาหกรรม 

• ด้านวัสดุศาสตร์ 

ตรวจสอบคุณสมบัติของโครงสร้างเพื่อพัฒนาและสร้างนวัตกรรมใหม่ๆ 

• ด้านวิศวกรรมย้อนรอย

ใช้ในกระบวนการค้นหาโครงสร้าง ฟังก์ชันการทำงานของอุปกรณ์  

• ด้านนิติวิทยาศาตร์ 

ใช้ในการตรวจหาพิสูจน์หลักฐานต่างๆ เพื่อให้ได้ผลแท้จริงตามหลักวิทยาศาสตร์ 

แสงซินโครตรอนมีความพิเศษอย่างไร?

• เป็นแสงความเข้มสูง  

จากผลของทฤษฎีสัมพัทธภาพ ทำให้แสงซินโครตรอนมีลักษณะเป็นลำกรวยขนาดเล็กที่มีความเข้มสูง โดยมีค่าความเข้มแสงต่อหน่วยพื้นที่ของแหล่งกำเนิดสูงกว่าแสงอาทิตย์ประมาณล้านเท่า

• เป็นแสงที่มีค่าความยาวคลื่นกว้าง

เนื่องจากแสงซินโครตรอนถูกปลดปล่อยออกมาจากอิเล็กตรอนอิสระ ค่าความยาวคลื่นของแสงจึงคลอบคลุมช่วงความยาวคลื่นกว้างตั้งแต่ย่านรังสีอินฟราเรดจนถึงรังสีเอกซ์ ทำให้สามารถนำไปใช้งานได้หลากหลาย

แสงซินโครตรอนทำอะไรได้บ้าง
แสงซินโครตรอนถูกใช้เป็นเครื่องมือในการศึกษาวิจัยหลากหลายสาขา โดยเฉพาะอย่างยิ่งการศึกษาองค์ประกอบและโครงสร้างของวัสดุต่างๆ การศึกษาองค์ประกอบและโครงสร้างวัสดุ อาศัยหลักการใช้แสงซินโครตรอนเข้าไปกระตุ้นอะตอมที่อยู่ภายในวัสดุ ซึ่งจะทำให้เกิดกระบวนการบางอย่าง เช่น แสงเกิดการกระเจิงจากวัสดุ หรือวัสดุมีการดูดกลืนแสง หรือมีบางสิ่งหลุดออกมาจากวัสดุ เช่น มีอิเล็กตรอนหลุดออกมา หรือวัสดุมีการปลดปล่อยรังสีเอกซ์ จากนั้นจะมีระบบวัดสำหรับวัดแสงที่กระเจิง หรือวัดการดูดกลืนแสง หรือวัดอิเล็กตรอนหรือรังสีเอกซ์ที่ถูกปล่อยออกมา แล้วทำการวิเคราะห์ข้อมูลออกมาเป็นองค์ประกอบ หรือลักษณะโครงสร้างวัสดุ

สถาบันวิจัยแสงสินโครตรอน แห่งแรกในไทย ใหญ่ที่สุดในอาเซียน

 
สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน เป็นองค์การมหาชน ภายใต้กำกับของกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี มีพันธกิจ เพื่อการวิจัยเกี่ยวกับแสงซินโครตรอน การให้บริการแสงซินโครตรอนและเทคโนโลยีด้านแสงซินโครตรอน อีกทั้งการส่งเสริมการถ่ายทอดและการเรียนรู้เทคโนโลยีด้านแสงซินโครตรอน 
สถาบันยังมุ่งเน้นการทำงานเพื่อให้สอดคล้องกับนโยบายการพัฒนาประเทศของรัฐบาล คือการสร้างงานวิจัยที่เกื้อกูลต่ออุตสาหกรรมเพื่อช่วยในการขับเคลื่อนเศรษฐกิจของประเทศ
สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอนในประเทศไทยนั้นตั้งอยู่ที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี จ.นครราชสีมา เป็นแห่งแรกและแห่งเดียวในประเทศไทย และยังใหญ่ที่สุดในภูมิภาคอาเซียน  โดยในสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอนแห่งนี้ได้มีการติดตั้งเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนนับเป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ขนาดใหญ่ ทีความซับซ้อนทางเทคโนโลยีวิศวกรรม ที่นับเป็นโครงสร้างพื้นฐานอันสำคัญต่อการพัฒนาประเทศทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ที่ต้องการตอบโจทย์ลึกซึ้งทางวัสดุถึงระดับอะตอมและโมเลกุล มีการประยุกต์หลากหลาย ทั้งทางเกษตร การแพทย์ เภสัชกรรม อุตสาหกรรม โดยเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนมีอยู่มากกว่า 60 แห่งทั่วโลก ซึ่งส่วนใหญ่จะอยู่ในทวีปยุโรป ทวีปอเมริกา และญี่ปุ่น แต่ในเอเชียตะวันออกเฉียงใต้ มีเพียงสิงคโปร์และไทยที่เป็นมีเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอน
 
แสงซินโครตรอนกับการต่อยอดนวัตกรรมแห่งศตวรรษ
ในปัจจุบันนักวิจัยและนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน ประเทศไทย ได้มีการนำเทคโนโลยีแสงซินโครตรอนไปต่อยอดนวัตกรรมต่าง ๆ มากมาย เช่น

1. การพัฒนาผลิตภัณฑ์กุ้งแช่แข็ง บริษัท CPF จากปัญหาที่พบจุดสีขาวบนผิวเปลือกกุ้งหลังจากแช่เแข็งด้วยอุณหภูมิติดลบเป็นระยะเวลาหนึ่ง สถาบันฯ จึงนำไปตรวจสอบและพบว่าจุดสีขาวที่เกิดขึ้นเป็นเพียงการสะสมของแคลเซียมที่ถูกแช่แข็งเป็นเวลานาน จากการตรวจสอบครั้งนี้ทำให้สร้างมูลค่าทางเศรษฐกิจให้แก่ CPF ได้ถึง 1,300 ล้านบาท
2. การพัฒนาเม็ดพลาสติกด้วยแสงซินโครตรอน บริษัท SCG Chemicals สำหรับนำไปขึ้นรูปผลิตภัณฑ์พลาสติกตามความต้องการของลูกค้า โดยที่สถาบันฯ ได้นำผลการวิเคราะห์โครงสร้างระดับโมเลกุล เพื่อยืนยันคุณภาพในพลาสติกแต่ละสูตร นำไปสู่การตีพิมพ์ในนิตยสารระดับนานาชาติ
3. แก้ปัญหาลายไม้บนบนแผ่นเหล็กรีดร้อนของบริษัท SSI โดยการวิเคราะห์สาเหตุของการเกิดปัญหา จนพบว่าลายไม้เกิดจากสารเคมีที่ตกค้างอยู่ในผิวของลูกรีด จนทำให้สามารถหาวิธีการแก้ปัญหาให้กลับไปเป็นสีเหล็กธรรมชาติตามเดิม
4. การแปรรูปกากมันสำปะหลัง โดยการศึกษาหาวิธีเพิ่มมูลค่าของกากมันสำปะหลัง จนสามารถนำไปดัดแปลงให้ไปใช้เป็นส่วนผสมในอาหารเสริมสำหรับผู้ป่วย , ไฟเบอร์ละลายน้ำสำหรับยาควบคุมน้ำหนัก หรือเป็นสารเคลือบยาปฏิชีวนะเพื่อให้ออกฤทธิ์ตามเวลาที่กำหนด

 
อีกทั้งมีผลงานเด่นที่ทางสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอนได้พัฒนาขึ้น  อาทิเช่น 

1. การพัฒนาเครื่องเคลือบกระจกกล้องโทรทรรศน์ ฝีมือคนไทย ที่ช่วยประหยัดงบประมาณแผ่นดินจากการสั่งซื้อเครื่องเคลือบกระจกล้องโทรทรรศน์จากต่างประเทศได้ประมาณ 40 ล้านบาท 
2. เครื่องแสดงผลอักษรเบรลล์ ฝีมือคนไทย มอบให้แก่โรงเรียนคนตาบอดทั่วประเทศ 
3. ระบบลำเลียงแสงผลึกศาสตร์แห่งแรกในเอเชีย ใช้หาโครงสร้างสามมิติของสารโมเลกุลขนาดใหญ่ เพื่อพัฒนายารักษาโรคและออกแบบตัวยาใหม่ๆ 
4. การเพิ่มมูลค่าของไข่มุกน้ำจืด ด้วยแสงซินโครตรอน โดยการเปลี่ยนแปลงสีไข่มุกให้เป็นสีทองสวยงาม และยังสามารถพิมพ์ลวดลายลงบนไข่มุกเพื่อเพิ่มมูลค่าให้มากยิ่งขึ้น
5. ระบบลำเลียงแสง เทคนิคการดูดกลืนรังสี สำหรับศึกษาโครงสร้างของโมเลกุลสารประกอบอินทรีย์ เพื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์ยาง อาหาร ยา และเครื่องสำอาง (เป็นหนึ่งในไม่กี่ประเทศที่สามารถสร้างระบบนี้ขึ้นมาได้)
6. พัฒนาซอฟท์เเวร์ควบคุมการทำงานของ High power Switching Power Supply เพื่อควบคุมการทำงานของแหล่งจ่ายกำลังไฟฟ้า ซึ่งสามารถลดงบประมาณในการจัดซื้อซอฟต์แวร์ดังกล่าวถึง 1.65 ล้านบาท
7. การติดตั้งและทดสอบระบบลำเลียงแสงใหม่ 3 ระบบในเวลาเดียวกัน เพื่อใช้ในงานวิจัยทั้งด้านวัสดุการแพทย์ การเกษตร ยางและพอลิเมอร์ ด้านสิ่งแวดล้อม และด้านอัญมณี เป็นต้น