คอลัมน์ ลับเฉพาะ : แสงซินโครตรอน ขุมพลังสู่การวิจัยขั้นสูง

Key Data

จำนวนโครงการประจำปีงบประมาณ 2560 ในการใช้บริการแสงซินโครตรอนและเทคนิคที่เกี่ยวข้อง ณ ห้องปฏิบัติการแสงสยามมีจำนวนทั้งสิ้น

-395 โครงการ จำแนกเป็น

-โครงการจากภาครัฐและสถาบันการศึกษาในประเทศและต่างประเทศ จำนวน 385 โครงการ

-โครงการจากภาคอุตสาหกรรม จำนวน 10 โครงการ

จำนวนผู้เข้าร่วมค่ายวิทยาศาสตร์ซินโครตรอน ในไทยและอาเซียน ประจำปี 2556-2558

                -2556 ไทย 57 ราย - อาเซียน 12 ราย

                -2557 ไทย 49 ราย - อาเซียน 34 ราย

                -2558 ไทย 34 ราย- อาเซียน 53 ราย

เครื่องกำเนิดแสงที่ประจำการอยู่ในประเทศไทย

                -เป็นทรัพย์สินที่ได้รับบริจาคมาจากประเทศญี่ปุ่น

ลักษณะของแสงซินโครตรอน

-ขนาดของลำแสงเล็กมากขนะเดียวกันก็มีความเข้มข้นสูง

-มีความสว่างกว่าแสงจากดวงอาทิตย์ 1,000,000 เท่า

- ผ่านความยาวคลื่นได้ 4 ระดับ - รังสีอินฟราเรด แสงที่ตามองเห็น รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์

-นำไปประยุกต์ใช้ในการศึกษาและวิเคราะห์เพื่อยกระดับคุณภาพชีวิตทั้งในวงการแพทย์ อาหาร หรือ เกษตรและอื่นๆ ได้อีกมากมาย รวมทั้งสามารถต่อยอดได้ในเชิงพาณิช์

     

             แสงซินโครตรอนหรือซินโครตรอน สำหรับคนทั่วไปอย่างผู้เขียนเมื่อได้อ่านครั้งแรกก็รู้สึกงงงวยอยู่ไม่น้อยเลยว่า มันคืออะไรและไม่ค่อยรู้จักมักคุ้นมันเท่าไหร่นัก แต่เท่าที่ค้นหาประวัติความเป็นมาของแสงซินโครตรอนในเบื้องต้น ก็จะพอรู้ว่าแสงซินโครตรอนคือผลผลิตทางวิทยาศาสตร์ขั้นสูง ซึ่งมีอยู่ไม่กี่ประเทศทั่วโลกเท่านั้นที่มีและนั้นก็รวมถึงประเทศไทยด้วย แถมประเทศไทยยังเคยได้นำแสงซินโครตรอนมาใช้ประโยชน์อยู่หลายครั้ง จนเกิดการสร้างมูลค่าและต่อยอดพัฒนาในเชิงพาณิชย์ แต่ก็ยังมีอีกหลายคำถามว่า สรุปแล้วแสงซินโครตรอนคืออะไร ผลิตอย่างไร และนำไปใช้ประโยชน์อย่างไรบ้าง ด้วยเหตุนี้ทาง Bansorn ได้ใช้คำถามในใจเหล่านี้ไปสืบเสาะหาต้นตอของแสงซินโครตรอนเกิดจากอะไร เอาไปใช้ประโยชน์อะไรได้บ้าง และความเคลื่อนไหวในประเทศไทยกับการใช้แสงซินโครตรอนเป็นอย่างไรบ้าง เราไปร่วมไขปริศนาด้วยกันครับ

ทว่า หากจะให้ Bansorn มาพูดเรื่องแสงซินโครตรอนในภาษาวิชาการหรืออ้างอิงวิทยาศาสตร์มากนัก คงจะประดักประเดิดอยู่ไม่น้อย จึงขออภัยที่จะต้องพูดเรื่องนี้ในสไลต์ชาวบ้านๆ แต่จะพยายามรักษาหลักใจความสำคัญของแสงซินโครตรอนให้ได้มากที่สุดนะครับ

คำถามแรกที่เกิดขึ้นเมื่อได้ยินเรื่องของแสงซินโครตรอนคือสงสัยว่าแสงซินโครตรอนคืออะไร ซึ่งจริงๆ แล้วแสงซินโครตอนไม่ได้เกิดขึ้นตามธรรมชาตินะครับ อาจเรียกได้ว่า เป็นผลผลิตของนักวิทยาศาสตร์ผู้เชี่ยวชาญพร้อมกับ ”เครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอน” ที่มีอยู่ไม่กี่เครื่องทั่วโลก โดย ดร.ประยูร ส่งสิริฤทธิกุล อดีตรักษาการผู้อำนวยการ สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) ได้เคยเขียนบทความถึงเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนในเว็บ vcharkarn.com โดยระบุเอาไว้ว่า ประเทศที่มีเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนทั่วโลกนั้นมีอยู่เพียง 23 ประเทศทั่วโลกเท่านั้นครับ ถ้านับเป็นจำนวนเครื่องทั้งหมดก็อยู่ที่ประมาณ 65 เครื่อง โดยประเทศไทยมีเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนอยู่จำนวน 1 เครื่อง ซึ่งอยู่ภายใต้กำกับดูแลของสถาบันวิจัยแสงแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) นั้นหมายความว่าประเทศที่จะได้ครอบครองและใช้ประโยชน์จากแสงซินโครตรอนมีอยู่ไม่กี่ประเทศเท่านั้น และนั้นอาจทำให้การพัฒนาขีดความสามารถด้านเทคโนโลยีและวิยาศาสตร์ของประเทศที่มีและไม่มีเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนแตกต่างกันอีกด้วย โดยคุณสมบัติของแสง มีความสว่างกว่าแสงจากดวงอาทิตย์ 1,000,000 เท่า สามารถผ่านความยาวคลื่นได้ 4 ระดับ - รังสีอินฟราเรด แสงที่ตามองเห็น รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีเอกซ์

ส่วนคำถามที่ว่าแสงซินโครตรอนผลิตอย่างไรนั้น ก็อย่างที่กล่าวในข้างต้นล่ะครับว่าต้องอาศัยเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนและปืนอิเล็กตรอนเป็นสำคัญ โดยเริ่มจากการปล่อยกระแสไฟฟ้าให้กับไส้โลหะของปืนอิเล็กตรอนให้ร้อนจนปล่อยอิเล็กตรอนออกมา ตามด้วยการใช้ความต่างศักย์ไฟฟ้าแรงสูงขั้วบวกเพื่อดึงอิเล็กตรอนวิ่งไปในทิศทางเดียวกัน แต่นั้นก็ยังไม่สามารถสร้างแสงซินโครตรอนขึ้นมาได้เพราะความเร็วของอิเล็กตรอนยังไม่สูงพอ จึงจำเป็นต้องใช้เครื่องเร่งอนุภาคแนวตรง (linac) เพื่อเร่งความเร็วอิเล็กตรอนให้เพิ่มขึ้น แต่เนื่องจากการสร้างความเร็วด้วยเครื่องเร่งอนุภาคแนวตรงจะต้องใช้ระยะทางหลายกิโลเมตร นักวิทยาศาสตร์จึงคิดค้น “เครื่องเร่งอนุภาคแนววงกลม” เพื่อลดการใช้พื้นที่ให้น้อยลงแต่ยังคงสร้างความเร็วให้กับอิเล็กตรอนได้เหมือนเดิม โดยอนุภาคแนววงกลมจะมี เครื่องก่อเกิดสนามไฟฟ้า (RF Cavity) ที่ทำหน้าที่เร่งความเร็วให้อิเล็กตรอนให้เกือบเท่าความเร็วแสง หลังจากอิเล็กตรอนมีพลังงานเท่าที่ต้องการแล้วก็จะถูกส่งเข้าไปพักไว้ที่วงแหวนกักเก็บอิเล็กตรอนอันเป็นเสร็จสิ้นกระบวนการ

(เครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอน)

ซึ่งอิเล็กตรอนที่ถูกกักเก็บในวงแหวนกักเก็บอิเล็กตรอนจะมีคุณสมบัติพร้อมที่ปลดปล่อยแสงซินโครตรอนด้วยการใช้สนามแม่เหล็กบีบอัดอิเล็กตรอนให้เลี้ยวเบนและปลดปล่อยแสงซินโครตรอนที่มีขนาดเล็กมากและมีความเข้มข้นสูงออกมา ก่อนส่งไปที่สถาณีทดลองผ่านท่อลำเลียงแสง โดยนักวิทยาศาสตร์จะนำตัวอย่างที่ต้องการทดลอง เช่น กากมันสำปะหลังมาวางไว้ที่สถาณีทดลอง ซึ่งแสงซินโครตรอนจะวิ่งชนกากมันสำปะหลัง เพื่อฉายภาพออกมาในระดับอะตอมหรือโมเลกุล แสงซินโครตรอนก็อาจเปรียบได้กับกล้องจุลทรรศน์ที่มีประสิทธิภาพสูง ซึ่งนักวิยาศาสตร์จะสามารถศึกษาวิจัยรวมไปถึงวิเคราะห์กากมันสำปะหลังในระดับโครงสร้างโมเลกุล จนอาจถึงขั้นสามารถปรับปรุงและดัดแปลงมันสำปะหลังในระดับเซลล์ได้เลยทีเดียว ว่าไปแล้วก็ให้อารมณ์เล่นแร่แปรธาตุอยู่เนืองๆ นะครับ

คำถามต่อมาก็คือแสงซินโครตรอนทำอะไรให้กับประเทศชาติบ้าง ซึ่งอันที่จริงแสงซินโครตรอนมีส่วนเกี่ยวข้องกับการวิจัยและพัฒนาขั้นสูงของประเทศไทยมาอย่างช้านานและยังเป็นส่วนสำคัญต่อการยกระดับให้กับวงการต่างๆ เริ่มตั้งแต่การศึกษางานวิจัยด้านวิทยาศาสตร์พื้นฐาน ในการที่นักวิทยาศาสตร์จะสามารถศึกษาได้ซับซ้อนได้ถึงขั้นการจัดเรียงตัวของอะตอมของบริเวณพื้นผิวและมลพิษที่ตกค้างในสิ่งแวดล้อมได้ การศึกษาวิจัยทางการแพทย์ด้วยการลงลึกในรายระเอียดเพื่อนำไปสู่การออกแบบตัวยาใหม่ๆ การศึกษาวิจัยเพื่อพัฒนาผลิตภัณฑ์ใหม่ๆ ของอุตสาหกรรมต่างๆ ก็สามารถนำแสงซินโครตรอนไปประยุกต์ใช้พัฒนาธุรกิจได้ เช่น การพัฒนาพลาสติกให้มีความแข็งแรงทนทานมากขึ้น การเปลี่ยนสีไข่มุกน้ำจืดให้เป็นสีทองเป็นการการเพิ่มมูลค่าในเชิงอุตสาหกรรมและเศรษฐกิจในภาพรวม

(ไข่มุกสีทองผลงานจากแสงซินโครตรอน)

 ซึ่งหากมองในแง่ชองผลประโยชน์ถือว่าประเทศไทยได้รับและได้พัฒนาในหลายๆ ด้านจากแสงซินโครตรอน เพราะการวิจัยเชิงลึกในระดับอะตอมและโมเลกุล ถือเป็นการขยายขีดความสามารถในการวิจัยของประเทศไทยเป็นอย่างมาก ทำให้โอกาสสร้างงานวิจัยที่เหนือกว่าหลายประเทศ (อย่างน้อยก็ในประเทศอาเซียนด้วยกันเองที่ไม่มีเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอน) และขึ้นแท่นเป็นผู้นำด้านงานวิจัยในอาเซียนได้ไม่ยากเย็น อย่างไรก็ตาม แม้เราจะมีแสงซินโครตรอนและสถาบันรองรับเป็นอย่างดีแล้ว ก็ยังไม่เพียงพอที่จะทำให้ประเทศไทยมีการพัฒนาที่โดดเด่นกว่าชาติอื่นๆ ในอาเซียนได้ ที่เป็นเช่นนั้นอาจเพราะความตื่นตัวและการใช้งานแสงซินโครตรอนในประเทศไทยนั้นยังไม่เต็มประสิทธิภาพมากพอ แม้ไม่นานนี้ทางรัฐบาลพยายามจะออกมาปลุกประชาชนให้เห็นถึงประโยชน์ของแสงซินโครตรอน พร้อมพยายามให้ผู้ประกอบกาขนาดกลางและย่อมได้มีโอกาสเข้ามาใช้งานแสงซินโครตรอนในการพัฒนาผลิตภัณฑ์มากขึ้น แต่นั้นก็ไม่ได้นำพาให้ประชาชนตื่นตัวเท่าใดนัก

นั้นจึงมาสู่คำถามสุดท้ายที่ว่าความสนใจแสงซินโครตรอนในประเทศไทยเป็นอย่างไร ซึ่งภาพที่จะฉายถึงความสนใจเรื่องแสงซินโครตรอนของคนไทยออกมาได้ชัดเจนที่สุดคงเป็นสถิติการเข้าร่วม กิจกรรมค่ายวิทยาศาสตร์ซินโครตรอนอาเซียน (ASEAN Synchrotron Science Camp) ของสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) ที่ได้เปิดอบรมตั้งแต่ปี 2547 แต่เพิ่งทำให้กิจกรรมดังกล่าวเป็นกิจกรรมระดับอาเซียนในปี 2555 ซึ่งในปีนั้นยังมีคนไทยสนใจเข้าร่วมอยู่มากถึง 63 ราย ขณะที่ในประเทศอาเซียนนั้นมีจำนวน 18 ราย เท่านั้น แต่เมื่อมาถึงปี 2558 ปริมาณผู้เข้าร่วมกิจกรรมค่ายวิทยาศาสตร์ซินโครตรอนอาเซียนของคนไทย มีเพียง 34 ราย เท่านั้น ซึ่งน้อยที่สุดตั้งแต่มีการจัดกิจกรรมมา ขณะที่ปี 2558 มีคนจากประเทศอาเซียนมาร่วมอบรมมากถึง 53 ราย โดยปริมาณผู้เข้าร่วมจากอาเซียนนั้นจะเป็นจำนวนจากหลายๆ ประเทศรวมกัน แต่นั้นก็เป็นการสะท้อนให้เห็นว่า ประเทศอาเซียนให้ความสนใจเรื่องของการพัฒนาด้านศาสตร์ของการวิจัยกันมากขึ้น

(จัดอบรมเชิงปฏิบัติการ "การประยุกต์ใช้การคำนวณโครงสร้างวัสดุสถานะของแข็งด้วยฟิสิกส์ทฤษฎีกับการใช้แสงซินโครตรอน" ครั้งที่ 2)

แสงซินโครตรอนอาจไม่ใช่คำตอบสู่ประเทศไทย 4.0 ทั้งหมด แต่ก็ปฏิเสธไม่ได้ว่าแสงซินโครตรอนเป็นผลผลิตขั้นสูงจากวงการวิทยาศาสตร์ที่มีไม่กี่ประเทศบนโลกจะสามารถเข้าถึงได้ การที่ประเทศไทยคือหนึ่งในไม่กี่ประเทศที่จะสามารถเข้าถึงการวิจัยในระดับโครงสร้างอะตอมหรือโมเลกุลนั้นทำให้สยามเราสามารถรังสรรค์นวัตกรรมใหม่ๆ ออกมาได้ไม่จบสิ้นและยังเพิ่มมูลค่าเศรษฐกิจในภาพรวมได้อย่างยั่งยืนอีกด้วย ดังนั้นทาง Bansorn จึงเกิดความหวังเล็กๆ ที่อยากเห็นแสงซินโครตรอนได้ไปโลดแล่นใช้งานในวงการต่างๆ ที่หลากหลายมากขึ้น โดยมีประชาชนเป็นแรงผลักดันสำคัญ รวมถึงรัฐบาลก็มีแรงสนับสนุนและสร้างมาตรการที่ทำให้ประชาชนเข้าถึงแสงซินโครตรอนได้ดีกว่านี้ ถ้าประชาชนและรัฐบาลนำเครื่องมือชั้นสูงทางวิทยาศาสตร์นี้ไปใช้ประโยชน์อย่างเต็มที่ เกิดการวิจัยและพัฒนาเชิงลึกอย่างต่อเนื่อง นั้นก็อาจเป็นประตูบานใหญ่ที่จะนำพาประเทศไทยก้าวทันประเทศโลกที่ 1 ก็เป็นได้

ข้อมูลอ้างอิง

http://www.slri.or.th/th/index.php/training-statistics.html

http://www.vcharkarn.com/varticle/40470

https://www.youtube.com/watch?v=6-fSx0Xq_mA

https://www.youtube.com/watch?v=lMSqP8wt39c

http://www.slri.or.th/slrith/index.php?option=com_content&view=article&id=4&Itemid=451