การเชื่อมชิ้นส่วนสุญญากาศระดับสูง เป็นองค์ความรู้อย่างหนึ่งที่สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอนพัฒนาขึ้น เนื่องจากชิ้นงานที่เชื่อมประสานนี้ เป็นส่วนหนึ่งของอุปกรณ์ที่สำคัญของเครื่องเร่งอนุภาคและอุปกรณ์ระบบลำเลียงแสง จากนั้นต้องมีการตรวจสอบคุณสมบัติและคุณภาพของชิ้นงาน เพื่อประเมินประสิทธิภาพการใช้งานของวัสดุสุญญากาศที่ผลิตขึ้นมา

ตัวอย่างการเชื่อมประสานวัสดุสุญญากาศที่ “ส่วนการผลิตอุปกรณ์” ของสถาบันฯ ได้ออกแบบและพัฒนาขึ้น คือ การเชื่อมประสานชิ้นงานเหล็กกล้าออสเตนนิติคสเตนเลส AISI304 กับทองแดงที่ปราศจากออกซิเจน (OFHC copper) โดยใช้กระบวนการเชื่อมอาร์คทังสเตนแก๊สปกคลุม (Gas Tungsten Arc Welding) ซึ่งได้วัสดุชิ้นงานที่มีความสามารถในการถ่ายเทความร้อนและมีความแข็งแรง จึงถูกนำไปใช้เป็นอุปกรณ์ต่างๆ ในเครื่องเร่งอนุภาคและระบบลำเลียงแสง เช่น หน้ากากตัดแบ่งแสง (Photon beam mask) และ สลิทตัดแสง (Photon beam slits) เป็นต้น
.
วัสดุสุญญากาศดังกล่าวผลิตขึ้นจากการเชื่อมประสานโลหะต่างชนิด ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้นำชิ้นงานมาตรวจสอบคุณสมบัติและคุณภาพที่ระบบลำเลียงแสง 7.2W : Macromolecular Crystallography (MX) โดยใช้แสงซินโครตรอนย่านรังสีเอกซ์พลังงานสูงของระบบลำเลียงแสง Macromolecular Crystallography ที่ได้จากชุดแม่เหล็ก 6.5 Tesla Superconducting wavelength shifter แล้วถูกโฟกัสด้วยเลนส์รังสีเอกซ์ชนิด polycapillary half lens ทำให้แสงที่จุดโฟกัสมีขนาด 42 ไมครอน ซึ่งเพียงพอสำหรับการแยกแยะพื้นที่แต่ละส่วนในชิ้นงานเชื่อมประสาน
.
นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เทคนิค micro-X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) และ micro-X-ray absorption spectroscopy (XAS) ศึกษาชิ้นงานที่เชื่อมประสานระหว่างเหล็กกล้าสเตนเลส AISI304 กับทองแดง เนื่องจากเป็นเทคนิคที่เหมาะสมสำหรับการตรวจสอบหาชนิดของธาตุและองค์ประกอบของธาตุที่บริเวณพื้นที่เล็กๆ บนตัวอย่างชิ้นงานซึ่งไม่เป็นเนื้อเดียวกัน
.

(รูป a) ชิ้นงานเชื่อมประสานระหว่างเหล็กกล้าสเตนเลส AISI304 กับทองแดง และพื้นที่ในการวิเคราะห์ 8 จุด

 

(รูป b) สเปกตรัมการดูดกลืนรังสีเอกซ์ที่บริเวณขอบการดูดกลืน K-edge ของธาตุต่างๆ ที่ทำการทดลองที่ระบบลำเลียงแสงที่ 7.2 สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน

 

(รูป c) สเปกตรัมการดูดกลืนรังสีเอกซ์ที่บริเวณขอบการดูดกลืน K-edge ของธาตุต่างๆ ที่ทำการทดลองที่ระบบลำเลียงแสงที่ 7.2 สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน

 

 

(รูป d) สเปกตรัมการดูดกลืนรังสีเอกซ์ที่บริเวณขอบการดูดกลืน K-edge ของธาตุต่างๆ ที่ทำการทดลองที่ระบบลำเลียงแสงที่ 7.2 สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน

  

ผลจากการตรวจสอบชิ้นงานในรูป a ด้วยแสงซินโครตรอน ณ ระบบลำเลียงแสง 7.2W แสดงให้เห็นสเปกตรัมการดูดกลืนรังสีเอกซ์ที่บริเวณขอบการดูดกลืน K-edge ของธาตุต่างๆ ดังแสดงในรูป b, c และ d โดยลักษณะสเปกตรัมของทองแดงในบริเวณต่างๆ ไม่มีความแตกต่างกัน (รูป b) แต่ผลการทดลองแสดงให้เห็นรูปแบบที่แตกต่างของสเปกตรัมของเหล็กในรูป c ระหว่างพื้นที่ของเหล็กกล้าสเตนเลส (Area 8 ด้าน SS) ซึ่งแสดงลักษณะของพีค A และ B อย่างชัดเจน เมื่อเปรียบเทียบกับบริเวณพื้นที่ตรงรอยต่อของการเชื่อม (Area 2)
.
จากผลการวัดแสดงให้เห็นว่า แมงกานีสซึ่งมีปริมาณ 2 เปอร์เซ็นต์โดยน้ำหนัก น่าจะแทนที่อะตอมของเหล็กที่มีโครงสร้างแบบ Face-Centered Cubic (ลูกบาศก์แบบกลางหน้า) ซึ่งเห็นได้อย่างชัดเจนตรงพื้นที่ของเหล็กกล้าสเตนเลส (Area 8 ด้าน SS) ในรูป d
.
การตรวจสอบชิ้นงานข้างต้นนั้นเป็นผลจากการพัฒนาและปรับปรุงระบบลำเลียงแสงอย่างต่อเนื่อง เพื่อให้เกิดการใช้ประโยชน์แสงซินโครตรอนได้อย่างคุ้มค่าและมีประสิทธิภาพ โดยแสงซินโครตรอนในย่านรังสีเอกซ์ที่มีความเข้มสูง ซึ่งถูกโฟกัสให้มีขนาดเล็กในระดับไมโครเมตรนั้น มีประโยชน์ในการแยกแยะคุณสมบัติที่แตกต่างกันของพื้นที่เล็กๆ บนตำแหน่งของตัวอย่าง และมีแนวโน้มจะนำไปประยุกต์เป็นเครื่องมือเพื่อวิเคราะห์ชนิดของตัวอย่างที่หลากหลายมากขึ้นต่อไป
.
บทความโดย
ดร.ชมภูนุช ส่งสิริฤทธิกุล นักวิทยาศาสตร์ระบบลำเลียงแสง
.
เรียบเรียงโดย ส่วนสื่อสารองค์กร