สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) ได้ทำการเพิ่มขีดความสามารถของระบบลำเลียงแสงที่ 6 และสถานีทดลองสำหรับเทคนิค micro-XRF/XRD ซึ่งเดิมทีระบบลำเลียงแสงและสถานีทดลองนี้สร้างไว้สำหรับเทคนิค lithography/micromachining โดยใช้แสงซินโครตรอนในย่านรังสีเอกซ์ครอบคลุมตั้งแต่พลังงาน 1 –10 keVจากแม่เหล็กสองขั้วหมายเลข 6 ของวงกักเก็บอิเล็กตรอนขนาด 1.2 GeV โดยใช้หน้าต่างเบเรเลียมเพื่อนำรังสีเอกซ์มาใช้ประโยชน์ส่วนประกอบใหม่ระบบลำเลียงแสงนี้ได้แก่ vacuum chamber สำหรับผลึกซิลิกอน (111) เพื่อทำการแยกพลังงาน 8 keV ที่มุม 14 องศา ส่งเข้าไปยัง diffractomter สำหรับเทคนิคการกระเจิงรังสีเอกซ์ (โดย diffractometer ดังกล่าวได้รับบริจาคมาจากมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี) ดังแผนผังในรูปที่ 1 เมื่อต้องการใช้เทคนิค micro-XRF ผลึกซิลิกอนจะถูกยกขึ้นเพื่อให้แสงซินโครตรอนผ่านเข้าสู่ระบบวัดของเทคนิค micro-XRF

 

รูปที่ 1 แสดงแผนผังของระบบลำเลียงแสงที่ 6 และสถานีทดลอง micro-XRF/XRD

 

ข้อมูลทางเทคนิคของระบบลำเลียงแสงที่ 6

เทคนิค	powder X-ray diffraction (complementary technique)
พลังงานรังสีเอกซ์	8 keV
ตัวอย่าง	ผง
goniometer	single axis
detector	Proportional detector
มุมกวาด	3º - 150º

 

เทคนิค	Micro-beam X-ray Fluorescence
พลังงานรังสีเอกซ์	1 –10 keV (white beam)
ตัวอย่าง	ของแข็ง, ผง, ตัวอย่างมีชีวิต เช่น ใบไม้
ขนาดของลำแสงซินโครตรอน	95 mm
detector	Si(PIN) detector with energy resolution of 150 eV
มุมกวาด	3º - 150º
Sample environment	อากาศ

 

หลักการทำงาน

                สำหรับเทคนิคการกระเจิงรังสีเอกซ์นั้นใช้อาศัยหลักการของ Bragg ที่ว่าเมื่อรังสีเอกซ์พลังงานเดี่ยวตกกระทบผลึกหรือโครงสร้างที่มีการจัดเรียงตัวเป็นระนาบของอะตอมอย่างมีระเบียบ จะเกิดการสะท้อนบนระนาบของผลึก และเมื่อผลต่างของระยะทางเดินของรังสีเอกซ์มีค่าเท่ากับจำนวนเท่า(n) ของความยาวคลื่นของรังสีเอกซ์ (λ) จะทำให้เกิดรูปแบบการเลี้ยวเบนของหัววัดซึ่งรูปแบบดังกล่าวเรียกว่า diffraction pattern ดังนั้นเมื่อเราทราบความยาวคลื่น และวัดมุมที่เกิดการเลี้ยวเบน (q) เราก็สามารถคำนวณหาค่าระยะระหว่างระนาบของผลึกได้ (d)

รูปที่ 2 Bragg’s law

 

            ปรากฏการณ์การเรืองรังสีเอกซ์ (X-ray fluorescence) เกิดขึ้นจากการที่อิเล็กตรอนชั้นใน (K หรือ L-shell) ของอะตอมถูกกระตุ้นให้หลุดออกมา และเกิดการแทนที่ของอิเล็กตรอนในชั้นถัดมา ทำให้เกิดการคลายพลังงานออกมาในรูปของรังสีเอกซ์ โดยที่รังสีเอกซ์ที่คลายออกมานั้นจะเป็นคุณลักษณะเฉพาะของธาตุแต่ละธาตุ ทำให้เราสามารถนำเทคนิคนี้ไปใช้ในการหาองค์ประกอบทางอะตอมของสารตัวอย่างที่เราสนใจได้สำหรับเทคนิค micro-XRF นั้นนอกจากจะทำการวิเคราะห์หาองค์ประกอบทางอะตอมได้แล้วยังสามารถที่จะระบุตำแหน่งหรือการกระจายตัวของธาตุต่างๆ บนตัวอย่างได้ เช่น การวิเคราะห์การกระจายของโลหะหนักในเมล็ดข้าว หรือการศึกษาการกระจายตัวของธาตุต่างๆ ในพืช เป็นต้น โดยรังสีเอกซ์จากแม่เหล็กสองขั้วซึ่งมีขนาดอยู่ในระดับมิลลิเมตรจะถูกโฟกัสด้วยเลนส์รังสีเอกซ์ ที่เรียกว่า capillary lens ซึ่งเป็นอุปกรณ์สำคัญสำหรับเทคนิคนี้ ทำให้ได้ลำรังสีเอกซ์มีขนาดในระดับไมโครเมตร

รูปที่ 3 capillary lens

สถานะปัจจุบันของระบบลำเลียงแสง

ปัจจุบัน (พฤศจิกายน 2553) ระบบลำเลียงแสงและสถานีทดลองอยู่ระหว่างการติดตั้ง ซึ่งคาดว่าจะแล้วเสร็จในช่วงต้นปี 2554 และคาดว่าจะเปิดให้บริการได้ในช่วงไตรมาศที่ 2 ของปี 2554 อย่างไรก็ตามในส่วนของสถานีทดลองนั้นได้ถูกออกแบบและทดสอบโดยใช้แหล่งกำเนิดรังสีเอกซ์จากหลอดรังสีเอกซ์แบบอาโนดหมุน (rotating anode generator) ซึ่งมีทองแดงเป็นเป้า (พลังงานคงที่ 8 keV) ณ สถานีทดลองโปรตีนของสถาบันวิจัยแสงซินโครตรอนดังรูปที่ 4 โดยตัวอย่างที่ทำการทดสอบเป็นชิ้นส่วนของเครื่องปั้นดินเผาบ้านเชียง แสดงถึงการกระจายตัวของแร่เหล็กบนลายเขียนของเครื่องปั้นดินเผา (รูปที่ 5)

 

รูปที่ 4 แสดงการติดตั้งระบบ micro-XRF ณ สถานีทดลองโปรตีน

รูปที่ 5 ตัวอย่างชิ้นส่วนของเครื่องปั้นดินเผาแสดงการกระจายตัวของเหล็ก แมงกานีส และไทเทเนียม โดยใช้รังสีเอกซ์ขนาด 100 ไมโครเมตร พลังงาน 8 keV