FAQs: Beam Utilization

ไซโคลตรอนเป็นเครื่องเร่งอนุภาคประเภทหนึ่งที่เร่งอนุภาคที่มีประจุ เช่น โปรตอน ดิวเทอรอน ให้มีพลังงานสูงโดยใช้อาศัยการทำงานระหว่างสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก มักใช้ในการวิจัยฟิสิกส์นิวเคลียร์ การผลิตไอโซโทปรังสีที่ใช้ในการวินิจฉัย รักษาโรคมะเร็ง เป็นต้น

ไซโคลตรอน ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า (Electrode) สองตัว ภายในกลวงมีลักษณะคล้ายตัว ‘D’ เรียกว่าดี (Dee) ที่วางอยู่ในสนามแม่เหล็กแรงสูง สนามไฟฟ้าจากไฟฟ้ากระแสสลับระหว่างดีจะเร่งอนุภาคที่มีประจุให้เคลื่อนที่ทำให้อนุภาคมีพลังงานเพิ่มขึ้นในแต่ละรอบ และเคลื่อนวนทิศทางคล้ายก้นหอย (spiral) ตามแนวแรงของสนามแม่เหล็ก จนกระทั่งถึงระดับพลังงานที่ต้องการจึงนำอนุภาคนั้นไปใช้ประโยชน์ต่อไป ทั้งนี้เครื่องไซโคลตรอนในปัจจุบันการออกแบบขั้วไฟฟ้าซับซ้อนขึ้นทำให้สามารถเร่งอนุภาคได้หลายครั้งต่อหนึ่งรอบของการเคลื่อนที่

ไซโคลตรอนใช้ในสถาบันวิจัย โรงพยาบาล แต่โดยทั่วไปแล้วโดยมักตั้งอยู่ใกล้โรงพยาบาลหรือศูนย์การแพทย์ เพื่อเป็นแหล่งผลิตไอโซโทปทางการแพทย์สำหรับการรักษา วินิจฉัย และเวชศาสตร์นิวเคลียร์สำหรับโรคมะเร็ง

ประเทศไทยมีเครื่องเร่งอนุภาคไซโคลตรอนอยู่ในหลายจังหวัด โดยส่วนใหญ่ใช้ประโยชน์ในทางการแพทย์ เช่น โรงพยาบาลจุฬาลงกรณ์, โรงพยาบาลศิริราช, โรงพยาบาลจุฬาภรณ์, ศูนย์ความเป็นเลิศทางการแพทย์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่, โรงพยาบาลสงขลานครินทร์, โรงพยาบาลวัฒโนสถ และสถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (สทน.) เป็นต้น

เครื่องไซโคลตรอนของ สทน. สามารถเร่งอนุภาคโปรตอนพลังงานสูงสุดที่ 30 MeV สามารถใช้ผลิตไอโซโทปรังสีที่ใช้ประโยชน์ทางการแพทย์ เช่น Cu-64, Ga-67, Zr-89 และ Tl-201 เพื่อผลิตสารเภสัชรังสี สำหรับตรวจวินิจฉัยด้วยเครื่อง PET และ SPECT เป็นการเพิ่มโอกาสในการวินิจฉัยและรักษาผู้ป่วย ตลอดจนการใช้ประโยชน์จากลำอนุภาคโปรตอน และดิวเทอรอน ในด้านงานวิจัยต่างๆ

คณะนักวิจัยได้วางแผนและออกแบบใช้เครื่องไซโคลตรอนสำหรับศึกษาวิจัยทางด้านการวิเคราะห์ด้วยลำอนุภาค (Ion beam analysis) ได้แก่ Particle-Induced X-ray Emission (PIXE) และ Particle-Induced Gamma-ray Emission (PIGE) สำหรับระบุและหาปริมาณองค์ประกอบของธาตุที่มีอยู่ในตัวอย่างได้ รวมทั้งสามารถรองรับตัวอย่างได้ทั้งในระบบสุญญากาศและความดันบรรยากาศปกติ

เป็นเทคนิคที่ใช้อนุภาค ซึ่งโดยทั่วไปคือโปรตอน แอลฟา หรือไอออนของธาตุ เพื่อตรวจสอบ ระบุลักษณะองค์ประกอบ โครงสร้าง และคุณสมบัติของวัสดุ มักใช้ในศึกษาวิจัยทางด้านวัสดุศาสตร์และฟิสิกส์นิวเคลียร์ ตัวอย่างเทคนิคอื่นนอกจาก PIXE, PIGE ได้แก่ Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS), Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA), Nuclear Reaction Analysis (NRA) เป็นต้น

เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย หรือบางคนอาจคุ้นเคยกับคำว่า เตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์ หรือเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ นั้นเป็นเครื่องผลิตนิวตรอนที่อาศัยปฏิกิริยาฟิชชัน โดยมีการออกแบบและใช้เพื่อการศึกษา วิจัยและการฝึกอบรมเป็นหลัก ไม่ใช่เพื่อการผลิตไฟฟ้า

ข้อมูล ณ วันที่ 31 ม.ค. 2567 มีจำนวนเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยที่อยู่ในสถานะเดินเครื่องปกติ จำนวน 225 เครื่อง ใน 54 ประเทศ โดยประเทศไทยภายใต้การดำเนินงานของสถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ ยังคงเดินเครื่องฯตามปกติจนถึงปัจจุบัน สามารถสืบค้นเพิ่มเติมได้ที่ https://nucleus.iaea.org/rrdb

เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัยของไทยยังคงมีการใช้งานมาจนถึงปัจจุบัน ในด้านการวิเคราะห์องค์ประกอบของธาตุในตัวอย่างต่าง ๆ การถ่ายภาพวัตถุด้วยรังสีนิวตรอน การเปลี่ยนสีอัญมณีเพื่อเพิ่มมูลค่า การผลิตไอโซโทปเพื่อใช้ทางการแพทย์ เช่น Sm-153 การเรียนการสอนด้านฟิสิกส์และวิศวกรรมเครื่องปฏิกรณ์ เป็นต้น

ยังคงมีผ่านโครงการริเริ่มการวิจัยและพัฒนาขั้นสูงอย่างต่อเนื่องในประเทศชั้นนำ ในด้านการออกแบบเครื่องปฏิกรณ์ฯยุคใหม่ ที่เน้นเพิ่มศักยภาพในด้านเทคโนโลยีความปลอดภัย มีขนาด กำลัง (power) ตามวัตถุประสงค์ของการใช้ประโยชน์ จัดเป็นอีกเทคโนโลยีที่มีบทบาทสำคัญในการจัดการปัญหาโลกร้อน วิกฤติพลังงานขาดแคลน

ใช่แล้ว ประเทศไทยมีแผนการจัดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ขนาด 45 กิโลวัตต์ ภายใต้ศูนย์ปฏิบัติการวิจัยรังสีรักษาจากโบรอนจับยึดนิวตรอน มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีสุรนารี เพื่อเป็นแหล่งสำหรับการศึกษา ค้นคว้า วิจัย และให้บริการด้านรังสี ด้วยเครื่องกำเนิดนิวตรอนขนาดเล็ก (Miniature Neutron Source Reactor; MNSR) มีชื่อว่า Suranaree University of Technology Research Reactor (SUT-RR)

เป็นเทคนิคการตรวจสอบวัตถุโดยไม่ทำลายด้วยภาพถ่ายทางรังสี ซึ่งอาศัยนิวตรอนจากเครื่องปฏิกรณ์ฯ เคลื่อนที่ผ่านวัสดุ และสร้างภาพเพื่อแสดงโครงสร้างภายในและองค์ประกอบ โดยสามารถให้ข้อมูลเกี่ยวกับการกระจายตัวขององค์ประกอบต่าง ๆ ความหนาแน่น ที่ไม่สามารถแยกแยะได้ง่ายด้วยเทคนิคการถ่ายภาพอื่น ๆ

การถ่ายภาพนิวตรอนอาศัยหลักการของการลดทอนของนิวตรอน โดยที่นิวตรอนที่เคลื่อนที่ผ่านวัสดุจะทำอันตรกิริยากับนิวเคลียสของอะตอม ทำให้นิวตรอนเกิดทั้งการกระเจิงและการดูดกลืน จากนั้นจะมีระบบตรวจวัดความเข้มของนิวตรอนหลังการเคลื่อนที่ผ่านวัสดุ สามารถสร้างภาพและเผยให้เห็นลักษณะภายในของตัวอย่างได้

การถ่ายภาพนิวตรอนสามารถนำไปใช้กับวัสดุได้หลากหลาย เช่น โลหะ เซรามิก โพลีเมอร์ วัสดุ composite ตัวอย่างทางธรณีวิทยา ชีววิทยา โบราณวัตถุ เป็นต้น และมีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการศึกษาวัสดุที่มีธาตุเลขอะตอมต่ำ เช่น น้ำ คาร์บอน และสารประกอบอินทรีย์

การถ่ายภาพนิวตรอนและการถ่ายภาพรังสีเอกซ์เป็นเทคนิคการถ่ายภาพแบบไม่ทำลาย แต่อาศัยประเภทของรังสีที่ต่างกัน มักใช้ควบคู่กันในการวิเคราะห์วัสดุ การถ่ายภาพด้วยนิวตรอนมีความไวธาตุที่มีเลขอะตอมต่ำจึงให้ความเปรียบต่างที่ดีกว่ารังสีเอกซ์ ในขณะที่รังสีเอกซ์จะมีความไวต่อธาตุที่มีเลขอะตอมสูงจึงให้ความเปรียบต่างที่ดีกว่านิวตรอน

ปัจจุบัน สทน. สามารถแสดงถ่ายภาพด้วยนิวตรอนได้ทั้งรูปแบบ 2 มิติ 3 มิติ และวิดีโอเคลื่อนไหว หากสนใจหรือสอบถามรายละเอียดเพิ่มเติม สามารถติดต่อ ดร. ศรินรัตน์ วงษ์ลี โทรศัพท์ 024019889 ต่อ 5926 ได้โดยตรง