ประเทศไทยกำลังจะมีการสร้างเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนเครื่องใหม่พลังงาน 3 GeV ในพื้นที่เขตนวัตกรรมระเบียงเศรษฐกิจพิเศษภาคตะวันออก (EECi) จ.ระยอง เครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนดังกล่าวจะเป็นเครื่องที่สองของไทย ที่จะขยายขีดความสามารถในการยกระดับงานวิจัยและพัฒนาของประเทศไทยในอนาคต ต่อเนื่องจากเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนเครื่องปัจจุบันพลังงาน 1.2 GeV ที่ตั้งอยู่ภายในพื้นที่มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี (มทส.) จังหวัดนครราชสีมา

การสร้างเครื่องใหม่จะเป็นเส้นทางปฏิวัติสู่อุตสาหกรรมยุค 4.0 ด้วยศักยภาพของเครื่องที่เพิ่มขึ้น มีคุณภาพแสงที่สูงขึ้น มีพลังงานแสงที่สูงกว่าเดิม 2.5 เท่า และมีความเข้มแสงที่สูงขึ้นมากกว่าล้านเท่า ทำให้สามารถยกระดับงานวิจัยและพัฒนาที่ต้องศึกษาลงลึกในระดับนาโนเมตร เช่น โครงสร้างโมเลกุล โครงสร้างสารชีวภาพ และโครงสร้างวัสดุทันสมัย เป็นต้น

 

สิ่งที่น่าภาคภูมิใจของการสร้างเครื่องใหม่คือ ความมุ่งหมายถ่ายทอดองค์ความรู้สู่ภาคอุตสาหกรรมไทย เพื่อก่อให้เกิดการลงทุนภายในประเทศมากกว่าร้อยละ 50 โดยหนึ่งในอุปกรณ์สำคัญของเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนคือ “ระบบแม่เหล็ก” เนื่องจากแม่เหล็กเป็นองค์ประกอบหลักที่ใช้ควบคุมการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและควบคุมคุณลักษณะของลำอิเล็กตรอนในเครื่องกำเนิดแสงซินโซตรอน ซึ่งส่งผลโดยตรงต่อคุณลักษณะและคุณภาพของแสงซินโครตรอนที่ผลิตได้

 

 

แม่เหล็กที่ใช้งานในเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนหลักๆ ประกอบไปด้วย
1. แม่เหล็กสองขั้ว (dipole magnet) ทำหน้าที่เลี้ยวเบนอิเล็กตรอนให้เคลื่อนที่เป็นวง ซึ่งทำให้เกิดการปลดปล่อยพลังงานของอิเล็กตรอนออกมาในรูปของแสงซินโครตรอน แม่เหล็กสองขั้วจึงใช้ในการผลิตแสงซินโครตรอนได้อีกด้วย
2. แม่เหล็กสี่ขั้ว (quadrupole magnet) ทำหน้าที่โฟกัสหรือบีบลำอิเล็กตรอนให้มีขนาดเล็ก ทำให้ได้แสงซินโครตรอนที่มีความเข้มสูง
3. แม่เหล็กหกขั้ว (sextupole magnet) ทำหน้าที่แก้ไขผลที่เกิดขึ้นจากการที่พลังงานของอิเล็กตรอนมีความคลาดเคลื่อนไปจากค่าที่ออกแบบ ช่วยให้อิเล็กตรอนที่มีพลังงานต่างกันถูกโฟกัสที่จุดเดียวกัน
4. แม่เหล็กแปดขั้ว (octupole magnet) ทำหน้าที่แก้ไขผลกระทบแบบไม่เป็นเชิงเส้นของสนามแม่เหล็ก เพื่อปรับปรุงคุณสมบัติและเสถียรภาพของลำอิเล็กตรอน

 

 

สำหรับเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนเครื่องใหม่ 3 GeV จำเป็นต้องใช้แม่เหล็กจำนวนทั้งสิ้น 724 ตัว ซึ่งแม่เหล็กที่นำมาประกอบนั้นมีน้ำหนักตั้งแต่ 100 กิโลกรัมไปจนถึง 3,000 กิโลกรัม โดยรายละเอียดของส่วนประกอบมีดังนี้
1. แม่เหล็กสำหรับวงกักเก็บอิเล็กตรอน (storage ring) จำนวน 476 ตัว
2. แม่เหล็กสำหรับเครื่องเร่งอนุภาคแนววงกลม (booster synchrotron) จำนวน 208 ตัว
3. แม่เหล็กสำหรับส่วนลำเลียงอิเล็กตรอนพลังงานต่ำ (low-energy beam transport line) จำนวน 14 ตัว
4. แม่เหล็กสำหรับส่วนลำเลียงอิเล็กตรอนพลังงานสูง (high-energy beam transport line) จำนวน 15 ตัว
5. แม่เหล็กสำหรับระบบยิงอนุภาค จำนวน 11 ตัว

 

 

 

 

ตัวอย่างต้นแบบแม่เหล็กสำหรับเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนที่ผลิตขึ้นแล้ว ดังนี้

ต้นแบบแม่เหล็กสำหรับเครื่องเร่งอนุภาคแนววงกลม

 

 

1. แม่เหล็กสี่ขั้วชนิด QD (Quadrupole Magnet) ทำหน้าที่โฟกัสลำอิเล็กตรอนในแนวแกนตั้ง

 

 

 

 

 

2. แม่เหล็กหกขั้วชนิด SF/SD (Sextupole Magnet) ทำหน้าที่แก้ไขผลที่เกิดขึ้นจากการกระจายตัวของค่าพลังงานอิเล็กตรอน

 

 

 

 

3. แม่เหล็กสี่ขั้วชนิด QF (Quadrupole-Sextupole Magnet) ทำหน้าที่ทั้งโฟกัสลำอิเล็กตรอนในแนวแกนนอน และแก้ไขผลที่เกิดขึ้นจากการกระจายตัวของค่าพลังงานอิเล็กตรอน

 

 

 

 

ต้นแบบแม่เหล็กสำหรับวงกักเก็บอิเล็กตรอน

 

1. แม่เหล็กสี่ขั้วชนิด QF41 (Quadrupole Magnet) ทำหน้าที่โฟกัสลำอิเล็กตรอนในแนวแกนนอน

 

 

 

 

 

2. แม่เหล็กหกขั้วชนิด SD1 (Sextupole Magnet) ทำหน้าที่แก้ไขผลที่เกิดขึ้นจากการกระจายตัวของค่าพลังงานอิเล็กตรอน

 

 

 

 

3. แม่เหล็กแปดขั้วชนิด OF1 (Octupole Magnet) ทำหน้าที่แก้ไขผลที่เกิดขึ้นจากสนามแม่เหล็กบริเวณขอบของแม่เหล็กสี่ขั้ว รวมถึงผลจากความคลาดเคลื่อนแบบไม่เป็นเชิงเส้น

 

 

 

 

ปัจจุบันสถาบันฯ พัฒนาแม่เหล็กจนสามารถผลิตออกมาเป็นต้นแบบแล้วจำนวน 21 ตัว ซึ่งประกอบด้วย 1. แม่เหล็กสำหรับวงกักเก็บอิเล็กตรอน จำนวน 16 ตัว และ 2. แม่เหล็กสำหรับเครื่องเร่งอนุภาคแนววงกลม จำนวน 5 ตัว ซึ่งหากการพัฒนาต้นแบบแล้วเสร็จจะทำให้สถาบันฯ สามารถผลิตแม่เหล็กเหล่านี้ได้ภายในประเทศ ลดการนำเข้าและพึ่งพาเทคโนโลยีจากต่างประเทศซึ่งมีราคาสูง ทั้งนี้ทีมนักวิทยาศาสตร์ไทยและวิศวกรไทยของสถาบันฯ ได้ถ่ายทอดองค์ความรู้การพัฒนาสู่ภาคอุตสาหกรรมไทย ปัจจุบันอยู่ในขั้นตอนการทดสอบและปรับปรุงต้นแบบ พร้อมทั้งศึกษาความพร้อมในการขยายผลการผลิตต่อไป