ฝ่ายเทคโนโลยีเครื่องเร่งอนุภาค

สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน)

 

ในช่วงเวลาหลายปีที่ผ่านมา ทางสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอนได้มีความพยายามที่จะขยายช่วงพลังงานของแสงซินโครตรอนที่เครื่องกำเนิดแสงสยามผลิตได้ให้กว้างขึ้น จากเดิมที่ผลิตแสงซินโครตรอนในช่วงพลังงานตั้งแต่ย่านรังสีอินฟราเรด จนถึงย่านรังสีเอกซ์พลังงานต่ำ (ไม่เกิน 10 keV) ให้ครอบคลุมถึงย่านรังสีเอกซ์พลังงานสูง (พลังงาน 10 - 20 keV) เพื่อตอบสนองความต้องการใช้งานของนักวิจัยผู้ใช้แสงที่ต้องการใช้เทคนิคการทดลองต่างๆ ที่ต้องใช้แสงซินโครตรอนในย่านพลังงานที่สูงขึ้น เช่น Macromolecular crystallography (MX), X-ray absorption spectroscopy (XAS) ที่ต้องการศึกษาธาตุหนัก, X-ray microtomography เป็นต้น การที่จะทำให้เครื่องกำเนิดแสงสยามที่มีวงกักเก็บอิเล็กตรอนที่มีพลังงานค่อนข้างต่ำ (1.2 GeV) สามารถผลิตรังสีเอกซ์พลังงานสูงนั้น ทำได้โดยการติดตั้งชุดแม่เหล็กความเข้มสนามสูงเข้าไปในวงกักเก็บอิเล็กตรอน

ในเดือนกันยายน 2556 ที่ผ่านมา ทางสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอนได้ประสบความสำเร็จในการติดตั้งชุดแม่เหล็กความเข้มสูงดังกล่าว จำนวน 2 ชุด เข้าไปในวงกักเก็บอิเล็กตรอน และสามารถทำการผลิตแสงซินโครตรอนในย่านรังสีเอกซ์พลังงานสูงได้ตามต้องการ โดยชุดแม่เหล็กชุดที่หนึ่งเป็นแม่เหล็กวิกเกลอร์ชนิดหลายขั้ว (Multipole wiggler) ขนาดความเข้มสนาม 2.4 เทสลา (2.4 T MPW) ซึ่งทางสถาบันฯ ได้รับความอนุเคราะห์จากห้องปฏิบัติการวิจัย Accelerator Science and Technology Centre (ASTeC) สังกัด Science and Technology Facilities Council (STFC) ประเทศสหราชอาณาจักร

 

 ขณะกำลังติดตั้งชุดแม่เหล็ก 2.4 T MPW เข้าในวงกักเก็บอิเล็กตรอนของเครื่องกำเนิดแสงสยาม

 

แบบ 3 มิติของชุดแม่เหล็ก 2.4 T MPW (บน)

ลักษณะของสนามแม่เหล็กในแนวตั้ง (B) ตามแนวทางโคจรของอิเล็กตรอนของชุดแม่เหล็ก 2.4 T MPW (ล่าง)

 

ในส่วนของแม่เหล็กชุดที่ 2 นั้นเป็นชุดแม่เหล็กที่เรียกว่า Superconducting wavelength shifter (SWLS) ขนาดความเข้ม 6.5 เทสลา ซึ่งสถาบันฯ ได้รับความอนุเคราะห์จากสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน National Synchrotron Radiation Research Center (NSRRC) ไต้หวัน แม่เหล็กชุดนี้เป็นชนิดแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดซึ่งขดลวดตัวนำกระแสไฟฟ้าที่เป็นต้นกำเนิดของสนามแม่เหล็กนั้นจะแสดงความเป็นตัวนำยิ่งยวดและสามารถนำกระแสไฟฟ้าได้สูงมากเมื่อมีอุณหภูมิที่ต่ำมาก นั่นคือในการใช้งานจะต้องมีการหล่อเย็นด้วยฮีเลียมเหลวที่จะทำให้ขดลวดตัวนำมีอุณหภูมิต่ำถึง 4 เคลวิน หรือเท่ากับ -269 องศาเซลเซียสเลยทีเดียว

 

 ขณะติดตั้งชุดแม่เหล็ก 6.5 T SWLS ภายหลังจากติดตั้งตัวแม่เหล็กเองแล้ว ยังมีส่วนของระบบสุญญากาศ (ซ้าย)

และระบบหล่อเย็นยิ่งยวดด้วยฮีเลียมเหลวด้วย (ขวา)

แบบ 3 มิติของชุดแม่เหล็ก 6.5 T SLWS (ซ้าย) และ

ลักษณะของสนามแม่เหล็กในแนวตั้ง (B) ตามแนวทางโคจรของอิเล็กตรอนของชุดแม่เหล็ก 6.5 T SWLS (ขวา)

 

          หลังจากที่ทางฝ่ายเทคโนโลยีเครื่องเร่งอนุภาคได้ดำเนินการติดตั้งแม่เหล็กทั้งสองชุดแล้ว ทางทีมงานได้ทำการแก้ไขทัศนศาสตร์ของวงกักเก็บฯ (Storage ring optics) เพื่อชดเชยการรบกวน (Perturbation) ที่เกิดขึ้น จนสามารถเดินเครื่องและผลิตแสงซินโครตรอนในย่านรังสีเอกซ์พลังงานสูงได้ตามเป้าหมาย โดยในขั้นตอนของการทำ Commissioning แม่เหล็กทั้งสองชุดนั้น สถาบันฯ ได้รับความช่วยเหลือและคำแนะนำเป็นอย่างดีจาก Dr. Peace Chang ผู้เชี่ยวชาญจากสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน NSRRC ไต้หวัน ซึ่งเดินทางมาร่วมทำการ Commissioning กับทีมงานด้วย

 

 ขณะทำการ Commissioning แม่เหล็กทั้งสองชุด (ซ้าย) 

ทีมงานฝ่ายเทคโนโลยีเครื่องเร่งอนุภาคและ Dr. Peace Chang (แถวยืนคนที่ 3 จากซ้าย) (ขวา)

 

          แสงซินโครตรอนที่ผลิตขึ้นจากชุดแม่เหล็ก 2.4 T MPW นั้นจะถูกใช้งานโดยสถานีทดลองที่ 1.3W: SAXS (Small Angle X-ray Scattering) สำหรับใช้ในเทคนิคการกระเจิงรังสีเอ็กซ์ ซึ่งใช้ศึกษาขนาดและรูปร่างของอนุภาคนาโน วัสดุโพลิเมอร์ และเส้นใยที่มีขนาดในเรือนนาโนเมตร  นอกจากนั้นยังจะถูกใช้งานโดยสถานีทดลองอีกสองสถานีในอนาคตด้วย คือ สถานีทดลองที่ 1.1W: Multi-x-ray techniques และสถานีทดลองที่ 1.2W: X-ray imaging and microtomography ส่วนแสงซินโครตรอนที่ผลิตขึ้นจากชุดแม่เหล็ก 6.5 T SWLS นั้นจะถูกใช้สำหรับสถานีทดลองที่ 7.2: MX (Macromolecular crystallography) ซึ่งใช้ศึกษาโครงสร้างสามมิติของโมเลกุลทางชีวภาพขนาดใหญ่ เช่น เอนไซม์ โปรตีน และไวรัส เป็นต้น

 

 

สเปกตรัมของแสงซินโครตรอนที่ผลิตได้จากเครื่องกำเนิดแสงสยาม จากแหล่งกำเนิดแม่เหล็กสองขั้ว (BM)

ชุดแม่เหล็กอันดูเลเตอร์ U60 (U60) ชุดแม่เหล็กวิกเกลอร์หลายขั้ว (2.4 T MPW) และชุดแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด (6.5 T SWLS)