สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน)

font size:

Social:

  • หน้าหลัก
  • e-media
  • ซินโครตรอนเครื่องใหม่
  • หน้าหลัก
  • e-media
  • ซินโครตรอนเครื่องใหม่
  • หน้าหลัก
  • e-media
  • ซินโครตรอนเครื่องใหม่
  • หน้าหลัก
  • e-media
  • ซินโครตรอนเครื่องใหม่

เครื่องเร่งอนุภาค

2544เห็นแสงซินโครตรอนครั้งแรก (ค.ศ. 2001)
1.2GeVพลังงานลำอิเล็กตรอน
81.3ม.เส้นรอบวงกักเก็บอิเล็กตรอน
>4,000ชม.การให้บริการแสงต่อปี
>95%ความสามารถการให้บริการ

เครื่องกำเนิดแสงสยามคืออะไร?

What is the Siam Photon Source

เครื่องกำเนิดแสงสยาม (Siam Photon Source: SPS-I) เป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ใช้สำหรับผลิตแสงซินโครตรอนเครื่องแรกของประเทศไทย ดำเนินการโดยสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) หรือ สซ. หน่วยงานในกำกับของกระทรวงการอุดมศึกษา วิทยาศาสตร์ วิจัยและนวัตกรรม ตั้งอยู่ในพื้นที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี จังหวัดนครราชสีมา เครื่องกำเนิดแสงสยามเร่งอิเล็กตรอนให้มีความเร็วเข้าใกล้ความเร็วแสง แล้วลำเลียงแสงที่ปลดปล่อยออกมาไปยังสถานีทดลองสำหรับใช้ในการวิจัย

โครงการเครื่องกำเนิดแสงสยามเริ่มต้นในปี พ.ศ. 2539 ด้วยการตั้งศูนย์ปฏิบัติการวิจัยเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนแห่งชาติ โดยรับมอบชิ้นส่วนหลักและวงกักเก็บอิเล็กตรอนจากห้องปฏิบัติการ SORTEC ประเทศญี่ปุ่นที่ปิดตัวลง นำมาปรับปรุงใหม่ให้ทำงานที่พลังงาน 1.2 GeV ก่อนจะกักเก็บอิเล็กตรอนและเห็นแสงซินโครตรอนครั้งแรกในปี พ.ศ. 2544 และเปิดให้บริการแสงแก่นักวิจัยเป็นครั้งแรกในปี พ.ศ. 2546 ต่อมาในปี พ.ศ. 2551 จึงได้รับการจัดตั้งเป็นสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) หน่วยงานที่ดำเนินการมาจนถึงปัจจุบัน

การรับมอบและดัดแปลงเครื่องเร่งอนุภาคดังกล่าว ทำให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรไทยเกิดการเรียนรู้และสร้างความชำนาญในเทคโนโลยีขั้นสูง เช่น ระบบสุญญากาศยิ่งยวด และการสร้างสนามแม่เหล็กความเข้มสูงด้วยแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด นับตั้งแต่เปิดให้บริการ SPS-I ได้สนับสนุนงานวิจัยหลากหลายสาขา ทั้งวัสดุศาสตร์ เกษตรและอาหาร เภสัชกรรม การกักเก็บพลังงาน สิ่งแวดล้อม และมรดกทางวัฒนธรรม

วิวพอร์ตของวงกักเก็บอิเล็กตรอน มองเห็นแสงซินโครตรอนเรืองสว่างภายใน
แสงซินโครตรอนความเข้มสูง
เส้นทางการพัฒนาMilestones · เลื่อนดูได้
  1. 2539

    ตั้งศูนย์ปฏิบัติการวิจัยเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนแห่งชาติ

  2. 2543

    ติดตั้งเครื่องเร่งอนุภาคและระบบจ่ายไฟฟ้าแล้วเสร็จ

  3. 2544

    กักเก็บอิเล็กตรอนพลังงาน 1 GeV และเห็นแสงซินโครตรอนครั้งแรก

  4. 2548

    เพิ่มพลังงานอิเล็กตรอนในวงกักเก็บเป็น 1.2 GeV

  5. 2551

    ติดตั้งอุปกรณ์แทรก Undulator U60

  6. 2552

    ผลิตฮีเลียมเหลวจาก Cryogenics plant ของสถาบันสำเร็จ

  7. 2556

    ติดตั้งอุปกรณ์แทรก Superconducting Wavelength Shifter 6.5 T และ Multipole Wiggler 2.2 T สำเร็จ

  8. 2559

    ติดตั้งระบบโพรงความถี่คลื่นวิทยุตัวใหม่แล้วเสร็จ

  9. 2561

    พัฒนาระบบฉีดอิเล็กตรอนแบบเต็มพลังงาน (Full energy injection) สำเร็จ และติดตั้ง Superconducting Multipole Wiggler 3.5 T แล้วเสร็จ

  10. ปัจจุบัน

    เปิดให้บริการเต็มศักยภาพ

  11. SPS-II

    เครื่องกำเนิดแสง 3 GeV เครื่องใหม่

หลักการทำงานของเครื่องเร่งอนุภาค

กดแต่ละส่วนของผังเพื่อดูหน้าที่ หรือกด “ชมทีละขั้น”
ลำอิเล็กตรอนแสงซินโครตรอนแม่เหล็กสองขั้วแม่เหล็กสี่ขั้ว
ระบบลำเลียงแสง→ สถานีทดลอง8RF 118 MHzStorage Ring81.3 ม. · 1.2 GeV6อุปกรณ์แทรกU60 · MPW · SWLS · SMPW7HBT1.2 GeV5LBT40 MeV3Booster43 ม. · 1.2 GeV4LINAC40 MeV · 2,856 MHz2Electron Gun1
เส้นทางของอิเล็กตรอนElectron Gun → LINAC → Booster → Storage Ring

อิเล็กตรอนถูกผลิตจากปืนอิเล็กตรอน เร่งในแนวตรงด้วย LINAC เป็น 40 MeV เร่งต่อในแนววงกลมด้วย Booster Synchrotron จนได้ 1.2 GeV แล้วส่งเข้าวงกักเก็บอิเล็กตรอน ซึ่งเมื่ออิเล็กตรอนเลี้ยวโค้งในสนามแม่เหล็กจะปลดปล่อยแสงซินโครตรอนออกไปยังระบบลำเลียงแสงและสถานีทดลอง

40 MeV1.2 GeV81.3 ม.

หน้าที่ของแต่ละส่วนประกอบ

Components

เส้นทางของแสงซินโครตรอนไม่ได้จบที่วงกักเก็บอิเล็กตรอน แต่ต่อเนื่องไปจนถึงสถานีทดลอง แต่ละส่วนประกอบทำหน้าที่เฉพาะดังนี้

  • Electron Gunปืนอิเล็กตรอน

    ผลิตอิเล็กตรอนจำนวนมากด้วยการให้ความร้อนแก่ไส้โลหะจนอิเล็กตรอนหลุดออกมา แล้วใช้สนามไฟฟ้าแรงสูงดึงอิเล็กตรอนให้เคลื่อนที่เข้าสู่เครื่องเร่งอนุภาคแนวตรง

  • LINACเครื่องเร่งอนุภาคแนวตรง

    แบ่งอิเล็กตรอนออกเป็นกลุ่มเล็ก ๆ เรียกว่า electron bunch แล้วเร่งด้วยคลื่นไมโครเวฟไปตามแนวเส้นตรงจนมีพลังงานถึง 40 ล้านอิเล็กตรอนโวลต์ (40 MeV) ก่อนส่งต่อเข้าเครื่องเร่งอนุภาคแนววงกลม

  • Booster Synchrotronเครื่องเร่งอนุภาคแนววงกลม

    เพิ่มพลังงานอิเล็กตรอนต่อด้วยคลื่นวิทยุในแนววงกลมแทนแนวเส้นตรง เพราะการเร่งพลังงานระดับนี้ด้วยเครื่องเร่งเชิงเส้นอย่างเดียวจะต้องมีความยาวหลายกิโลเมตร การบังคับให้อิเล็กตรอนวิ่งวนซ้ำจึงประหยัดพื้นที่กว่ามาก ใช้เวลาราว 0.6 วินาทีก่อนส่งต่อไปยังวงกักเก็บอิเล็กตรอน

  • Storage Ringวงกักเก็บอิเล็กตรอน

    กักเก็บอิเล็กตรอนให้วิ่งวนต่อเนื่อง ภายในประกอบด้วยแม่เหล็กสองขั้ว (บังคับให้อิเล็กตรอนเลี้ยวโค้ง ซึ่งเป็นจุดปลดปล่อยแสงซินโครตรอน) และแม่เหล็กสี่ขั้ว-หกขั้ว (ควบคุมโฟกัสและความเสถียรของลำอิเล็กตรอนในท่อสุญญากาศ)

  • Beamlinesระบบลำเลียงแสง

    นำแสงซินโครตรอนจากวงกักเก็บอิเล็กตรอนไปยังสถานีทดลอง ประกอบด้วยท่อสุญญากาศ กระจกรวมแสง ระบบคัดเลือกพลังงานแสง (monochromator) กระจกโฟกัสแสง และช่องสำหรับแสงส่องผ่าน เพื่อคัดกรองและโฟกัสแสงในย่านพลังงานที่ต้องการก่อนถึงตัวอย่าง

  • Insertion Devicesอุปกรณ์แทรก

    ติดตั้งเสริมในวงกักเก็บอิเล็กตรอนเพื่อเพิ่มความเข้มหรือพลังงานแสง SPS-I ใช้งาน 4 ชนิด ได้แก่ Undulator U60 (เพิ่มความเข้มแสง), Superconducting Wavelength Shifter (SWLS) สนามแม่เหล็ก 6.5 เทสลา, Superconducting Multipole Wiggler (SMPW) สนามแม่เหล็ก 3.5 เทสลา ซึ่งทั้งสองตัวผลิตรังสีเอกซ์พลังงานสูง และ Multipole Wiggler (MPW) แม่เหล็กถาวรหลายขั้ว 2.2 เทสลา เพิ่มพลังงานแสง

  • Experimental Stationสถานีทดลอง

    จุดที่แสงซินโครตรอนพุ่งชนตัวอย่างวิจัย เกิดการกระเจิง การดูดกลืน หรือการเรืองรังสี ซึ่งตัวตรวจวัดสัญญาณจะบันทึกและส่งข้อมูลไปประมวลผลด้วยคอมพิวเตอร์ เพื่อวิเคราะห์โครงสร้างของตัวอย่างในระดับอะตอมหรือโมเลกุล

ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค

Technical Specifications
  • พลังงานลำอิเล็กตรอน1.2 GeV
  • เส้นรอบวงกักเก็บอิเล็กตรอน (Storage Ring)81.3 เมตร
  • เส้นรอบวง Booster Synchrotron43 เมตร
  • กระแสอิเล็กตรอนที่ฉีดเข้าต่อรอบการเติม150 mA
  • อิมิตแตนซ์ของลำอิเล็กตรอน41 nm·rad
  • ค่าชีวิตลำอิเล็กตรอน≈ 17 ชั่วโมง ที่ 100 mA
  • พลังงาน LINAC40 MeV (2 ชุด ชุดละ 20 MeV)
  • ความถี่ RF Cavity118 MHz
  • อุปกรณ์แทรก (Insertion Device)U60 · MPW 2.2 T · SWLS 6.5 T · SMPW 3.5 T
  • ช่วงพลังงานแสงที่ผลิตได้อินฟราเรด — รังสีเอกซ์พลังงานสูง

ระบบสนับสนุนของเครื่องเร่งอนุภาค

Supporting Systems

นอกจากลำอิเล็กตรอนและแม่เหล็กที่เห็นได้ชัดเจน เครื่องเร่งอนุภาคยังต้องอาศัยระบบสนับสนุนอีกหลายระบบทำงานประสานกันตลอดเวลา

ระบบแม่เหล็กMagnets
แม่เหล็กไฟฟ้าหลายชนิดบังคับทิศทางและโฟกัสลำอิเล็กตรอนตลอดเส้นทาง ได้แก่ แม่เหล็กสองขั้วที่บังคับให้อิเล็กตรอนเลี้ยวโค้ง (จุดกำเนิดแสงซินโครตรอน) แม่เหล็กสี่ขั้วที่โฟกัสลำอิเล็กตรอน และแม่เหล็กหกขั้วที่แก้ไขความคลาดของโฟกัส ทั้งหมดควบคุมด้วยแหล่งจ่ายกระแสไฟฟ้าความแม่นยำสูง
รายละเอียดเพิ่มเติม
ระบบสุญญากาศVacuum
ลำอิเล็กตรอนต้องเดินทางในท่อสุญญากาศระดับสูงพิเศษตลอดเส้นทาง ตั้งแต่ LINAC ไปจนถึงวงกักเก็บอิเล็กตรอนและระบบลำเลียงแสง เพื่อลดการชนกับโมเลกุลอากาศที่จะทำให้ลำอิเล็กตรอนสูญเสียพลังงานหรือกระเจิงออกนอกเส้นทาง
รายละเอียดเพิ่มเติม
ระบบควบคุมControl
ศูนย์กลางสั่งการและเฝ้าติดตามการทำงานของทุกระบบย่อยแบบเรียลไทม์ ทั้งแม่เหล็ก ระบบ RF ระบบสุญญากาศ และระบบลำเลียงแสง ผู้ควบคุมเครื่องปรับพารามิเตอร์และตรวจสอบสถานะการทำงานได้จากห้องควบคุม
รายละเอียดเพิ่มเติม
ระบบความเย็นยวดยิ่งCryogenic
จำเป็นสำหรับอุปกรณ์แทรกชนิดตัวนำยิ่งยวดที่ติดตั้งในวงกักเก็บอิเล็กตรอน เช่น Superconducting Wavelength Shifter (SWLS) ขนาด 6.5 เทสลา ซึ่งต้องรักษาอุณหภูมิให้ต่ำใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ด้วยฮีเลียมเหลว เพื่อให้ขดลวดคงสภาพนำไฟฟ้ายิ่งยวดและสร้างสนามแม่เหล็กความเข้มสูงได้
รายละเอียดเพิ่มเติม
ระบบสาธารณูปโภคUtilities
สนับสนุนการทำงานโดยรวมของเครื่อง ทั้งระบบน้ำหล่อเย็นสำหรับระบายความร้อนจากแม่เหล็กและอุปกรณ์ไฟฟ้ากำลังสูง ระบบปรับอากาศรักษาอุณหภูมิห้องเครื่อง และระบบอัดลมสำหรับอุปกรณ์นิวเมติกส์ต่าง ๆ
รายละเอียดเพิ่มเติม
ระบบไฟฟ้ากำลังElectrical
จ่ายกำลังไฟฟ้าให้แหล่งจ่ายกระแสของแม่เหล็ก ระบบ RF และอุปกรณ์อื่น ๆ ทั่วทั้งเครื่อง รวมถึงระบบไฟฟ้าสำรองเพื่อป้องกันความเสียหายต่อลำอิเล็กตรอนหากไฟฟ้าหลักขัดข้อง
รายละเอียดเพิ่มเติม
ระบบ RFRF System
ผลิตคลื่นความถี่วิทยุกำลังสูงป้อนเข้า RF Cavity เพื่อเร่งพลังงานอิเล็กตรอนในเครื่องเร่งอนุภาคแนววงกลม และชดเชยพลังงานที่สูญเสียไปจากการปลดปล่อยแสงซินโครตรอนในวงกักเก็บอิเล็กตรอน ที่ SPS-I ใช้ความถี่ 118 MHz
รายละเอียดเพิ่มเติม
ระบบตรวจวัดคุณลักษณะของลำอนุภาคBeam Diagnostics System
ระบบตรวจวัดคุณลักษณะของลำอิเล็กตรอนแบบต่อเนื่องระหว่างเดินเครื่อง เช่น วัดตำแหน่งลำอิเล็กตรอน (ด้วย Beam Position Monitor หรือ BPM ที่ติดตั้งรอบวงกักเก็บอิเล็กตรอน) วัดกระแสอิเล็กตรอนที่กักเก็บ (ด้วย DC Current Transformer หรือ DCCT) รวมถึงขนาดและค่าอายุของลำอิเล็กตรอน (Lifetime) ข้อมูลเหล่านี้ส่งต่อให้ระบบควบคุมใช้ปรับแก้แม่เหล็กแบบเรียลไทม์ เพื่อรักษาความเสถียรของลำอิเล็กตรอนตลอดการเดินเครื่อง
รายละเอียดเพิ่มเติม

เทียบกับเครื่องกำเนิดแสงอื่นในโลก

เส้นรอบวงของวงกักเก็บอิเล็กตรอน (เมตร)

เมื่อเทียบกับเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนระดับชาติของประเทศอื่น SPS-I จัดอยู่ในกลุ่มที่มีขนาดกะทัดรัดและพลังงานค่อนข้างต่ำ ซึ่งเป็นจุดเด่นสำหรับงานวิจัยที่ต้องการพลังงานต่ำ

SPS-I (ไทย)
81.3 ม.
Taiwan Light Source
120 ม.
SESAME
133 ม.
Indus-2
173 ม.
Photon Factory
187 ม.
Australian Synchrotron
216 ม.
ALBA
270 ม.
Taiwan Photon Source
518.4 ม.
SPS-I เติมลำอิเล็กตรอนครั้งละหนึ่งรอบแล้วปล่อยให้กระแสลดลงตามธรรมชาติราว 12 ชั่วโมงก่อนเติมใหม่ เช่นเดียวกับ Indus-2 และ SESAME ขณะที่เครื่องรุ่นใหม่กว่าอย่าง Taiwan Photon Source และ ALBA ใช้การฉีดอิเล็กตรอนต่อเนื่อง (Top-up) ทำให้ความเข้มแสงคงที่ตลอดเวลา ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของแรงผลักดันเบื้องหลัง SPS-II
ก้าวต่อไป

Siam Photon Source II

สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอนกำลังพัฒนาเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนขนาดพลังงาน 3 GeV เครื่องใหม่ ถูกออกแบบให้มีความสามารถในการให้บริการแสงที่เพิ่มขึ้นและคุณภาพของแสงที่ดีเยี่ยม เพื่อขยายศักยภาพงานวิจัยของประเทศไทย และยกระดับให้ทัดเทียมกับเครื่องกำเนิดแสงรุ่นใหม่ทั่วโลก โดย SPS-I จะยังคงเปิดให้บริการต่อไปในระหว่างการพัฒนา

ดูโครงการ SPS-II
SPS-I 81.3 ม. · 1.2 GeV SPS-II · 3 GeV · 327.6 ม.