สำนักงานกลางศูนย์ความเป็นเลิศด้านฟิสิกส์ ตู้ ปณ.70 มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ อ.เมือง จ.เชียงใหม่ 50202 โทรศัพท์ (053) 942650-3 โทรสาร (053) 222774
 หน้าหลัก งานวิจัย ข่าววิชาการทั่วไป ตรวจสอบงานวิจัย เว็บลิ้งค์  แบบฟอร์ม อีเมลล์  ฟิสิกส์เพื่อผู้ประกอบการ เอกสารเผยแพร่  Q&A  E-Office ข่าวรับสมัครงาน
 
ศูนย์วิจัยทางฟิสิกส์ของลำอนุภาค และพลาสมา (ศฟอพ.)
Research Center in Particle Beam and Plasma Physics (PBPP)


ความสำคัญ
        คงไม่เป็นการพูดเกินเลย ถ้าจะกล่าวว่ามนุษย์นั้น เกิดมาในท่ามกลางห่ากระสุน แต่เป็นกระสุนอนุภาคของรังสีคอสมิค (ทั้งชนิดปฐมภูมิและทุติยภูมิ) ประจักษ์พยานที่เห็นได้กับตา ก็คือ แสงเหนือ (Aurora borealis) และแสงใต้ (Aurora australis)
แสงเหนือที่เมือง Anchorage มลรัฐอะแลสกา , สหรัฐอเมริกา (http://www.smeter.net/aurora/images-orange/1-18-05-orange-1.jpg) แสงใต้ที่เมือง Hobart รัฐแทสมาเนียของออสเตรเลีย (outreach.atnf.csiro.au/.../sun_earth.html)

        มีการประเมินไว้ว่าความเข้มของห่ากระสุนอนุภาคคอสมิคทุติยภูมิ มีค่าเฉลี่ยประมาณ 100 ตัว/ตร.ม./วินาที แหล่งกำเนิดหนึ่งของรังสีคอสมิคปฐมภูมิก็คือดวงอาทิตย์ของเรานั่นเอง ซึ่งอาจถือได้ว่าเป็นก้อนพลาสมา (Plasma) ลูกใหญ่โตมโหฬาร (เส้นผ่าศูนย์กลาง 1.39 ล้านกิโลเมตร) คำว่าพลาสมาในที่นี้เป็นคนละสิ่งกับพลาสมาในเลือดซึ่งเป็นของเหลว พลาสมาในที่นี้คือ สถานะที่ 4 ของสสารที่ประจุไฟฟ้าลบ เช่น อนุภาคอิเล็กตรอนกับประจุไฟฟ้าบวก เช่น พวกไอออนบวก (ไอออน หมายถึง อะตอมหรือโมเลกุลที่ได้รับเพิ่มหรือสูญเสียอิเล็กตรอนจากที่มีอยู่เดิม) สามารถอยู่ปนเปกันแบบต่างคนต่างอยู่ได้ ถึงแม้จะยังคงมีแรงดูดคูลอมบ์ระหว่างประจุไฟฟ้าลบกับประจุไฟฟ้าบวกดำรงอยู่ด้วยตลอดเวลาก็ตาม
ภาพถ่ายจากดาวเทียม SOHO แสดงให้เห็นการพวยพุ่งของพลาสมาบนผิวดวงอาทิตย์ ซึ่งตรงแกนกลางมีอุณหภูมิสูงถึง 20 ล้านเซลเซียส (apod.nasa.gov/apod/ap060807.html)

        จึงเห็นได้ว่าในธรรมชาตินั้น เรื่องของอนุภาคประจุไฟฟ้าที่มีพลังงานจลน์ กับเรื่องของพลาสมามีการผสานผูกพันกันอยู่อย่างแนบแน่น และดำรงอยู่มาคู่กับการวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตบนโลกใบนี้ ............... ชีวิตดำรงอยู่ได้ด้วยพลังงานจากก้อนพลาสมายักษ์ที่เรียกว่าดวงอาทิตย์ที่ผลิตรังสีคอสมิคซึ่งมีส่วนทำให้เกิดการกลายพันธ์ในธรรมชาติ
        ในชีวิตประจำวันของโลกยุคนี้ พวกเราใช้ลำอนุภาคกันอยู่แทบทุกวัน นั่นคือ ลำอนุภาคอิเล็กตรอนพลังงาน 25 keV ในหลอดภาพโทรทัศน์(ชนิด cathode ray tube) ซึ่งเป็นตัวการสำคัญที่ทำให้เม็ดสีบนจอภาพเกิดเรืองแสงให้เห็นเป็นสีแดง (610 nm) เขียว (510 - 525 nm)และน้ำเงิน (450 nm) จากปรากฏการณ์ Cathodoluminescence หรือในโรงพยาบาลขนาดใหญ่บางแห่ง เช่น โรงพยาบาลศิริราช หรือ โรงพยาบาลมหาราชนครเชียงใหม่ เป็นต้น ก็มีเครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอนพลังงานในเรือน 4-18 MeV ใช้ในการบำบัดรักษามะเร็งบางชนิด แต่บางโรงพยาบาลในสหรัฐอเมริกา แคนาดา หรือสวิตเซอร์แลนด์ ฯลฯ ก็ใช้วิธีการรักษามะเร็งของต่อมลูกหมาก นัยน์ตา หรือสมองด้วยลำอนุภาคโปรตอนพลังงานสูง
เครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอนเพื่อการบำบัดรักษามะเร็งของหน่วยรังสีรักษา ภาควิชารังสีวิทยา คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ ซึ่งมีราคาเครื่องละ 60 ล้านบาท การบำบัดรักษามะเร็งดวงตาโดยใช้ลำอนุภาคโปรตอนพลังงาน 20 - 500 MeV ที่ผลิตจากเครื่องเร่งอนุภาคไซโคลตรอนของศูนย์วิจัยแห่งชาติ TRIUMF ประเทศแคนาดา (http://www.triumf.info/public/tech_transfer/treatment.php)
ระบบ E-beam Sterilization สำหรับอุปกรณ์ทางการแพทย์ (www.devicelink.com/mpb/archive/97/07/002.html)

        ส่วนอุปกรณ์ทางการแพทย์ เช่น เสื้อกาวน์ผ่าตัด , ถุงมือ , เข็ม, ไหม , ไตเทียม ฯลฯ ก็ใช้วิธีการฆ่าเชื้อด้วยลำอนุภาคอิเล็กตรอนพลังงานในเรือน 1.5-4.5 MeV ด้วย (นอกเหนือจากการใช้รังสีแกมมาของโคบอลต์-60) ซึ่งมีบริษัทเอกชนที่ให้บริการในเรื่องนี้อย่างเป็นทางการแล้วเช่น Sterigenics International Inc. หรือ Isotron เป็นต้น แต่ในวงการเซมิคอนดัคเตอร์ และหัวอ่าน/เขียน ของฮาร์ดดิสก์ มีวิธีมาตรฐานในการทำความสะอาดแผ่นซิลิกอนเวเฟอร์ ที่เรียกว่า เทคนิค Ion Beam Milling คือใช้ลำไอออนอาร์กอน พลังงานในเรือน keV ระดมยิงเพื่อกระเทาะลอกผิวหน้าชั้นบางๆ ออกโดยเป็นกระบวนการที่มีความสะอาดสูงที่ไม่ก่อให้เกิดมลทินปนเปื้อน
        ที่กล่าวมานี้ คือ ตัวอย่างเพียงส่วนน้อยของการนำลำอนุภาค/ไอออนมาใช้ประโยชน์ เพื่อเพิ่มคุณภาพชีวิตและความก้าวหน้าของมนุษย์ชาติที่กำลังดำเนินการอยู่อย่างเป็นกิจวัตรปกติ
        ในกรณีของพลาสมาก็ไม่ยิ่งหย่อนไปกว่ากันเพราะมีการใช้สอยกันอยู่อย่างเป็นกิจวัตรประจำวันเช่นกัน ซึ่งที่ใกล้ตัวที่สุดก็คือ พลาสมาในหลอดไฟฟลูออร์เรสเซนต์ ที่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อเป็นแหล่งกำเนิดของอนุภาคอิเล็กตรอนและไอออนอิสระ เพื่อใช้เป็นตัวกระตุ้นอะตอมของปรอทให้ปล่อยรังสี UV ให้ไปกระตุ้นสารเรืองแสงที่ฉาบอยู่ด้านในของหลอดแก้วให้เปลงแสง แต่ที่กำลังได้รับความนิยมเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ เพราะสามารถทำจอภาพขนาดใหญ่มากได้โดยที่มีรูปร่างแบนบางและเบาจนสามารถแขวนข้างฝาได้ ก็คือ พลาสมาTV ที่ใช้ประโยชน์จากสภาพพลาสมาของก๊าซซีนอน (Xenon) ขนาดจิ๋วที่มีปริมาตรในระดับ 0.004 ลูกบาศก์มิลลิเมตร (ต่อ 1 sub-pixel) ส่วนพลาสมาที่มีขนาดใหญ่ขึ้นมาในระดับครึ่งลูกบาศก์เซนติเมตรและมีความเข้มสูงเช่นพลาสมาของก๊าซอาร์กอนหรือฮีเลี่ยมก็ถูกทำออกมาเป็นเครื่อง Plasma Arc Welding (PAW) เพื่อใช้ในการเชื่อมโลหะสำหรับงานที่ต้องการคุณภาพสูง
ภาพวาดแสดงกระบวนการสร้างจุดแสงสีเขียวจากหลุม cavity หนึ่งของจอพลาสมาTV (sanjayk.ram.googlepages.com/pdp) Plasma Arc Welding (www.pro-fusiononline.com/welding/plasma.htm)

        ส่วนพลาสมาขนาดใหญ่ที่มีปริมาตรระดับหลายร้อยลูกบาศก์เมตร ก็อาจจะเป็นทางออกของวิกฤติการณ์พลังงานและสภาวะโลกร้อน เพราะโครงการ ITER ( International Thermonuclear Experimental Reactor) ที่เป็นโครงการนานาชาติมูลค่ากว่า 2 แสนล้านบาท(เฉพาะค่าก่อสร้างเท่านั้น) ได้เริ่มต้นขึ้นแล้วตั้งแต่เมื่อตอนต้นปีพ.ศ. 2551 เพื่อพยายามพัฒนาสร้างและควบคุมเตาปฏิกรณ์ TOKAMAK ที่ใช้สร้างพลาสมาของก๊าซดิวทีเรียมผสมก๊าซตริเตียม เพื่อชักนำให้เกิดปฏิกิริยาดี-ทีนิวเคลียร์ฟิวชัน (d-T nuclear fusion) คล้ายที่กำลังเกิดอยู่ในดวงอาทิตย์ เพื่อนำพลังงาน [ที่มีเชื้อเพลิงมากกว่า ถูกกว่า และสะอาดกว่าปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิสชัน (nuclear fission) ที่ใช้ยูเรเนียม-235 เป็นเชื้อเพลิง] มาใช้ผลิตไฟฟ้า
ภาพวาดเตาปฏิกรณ์ TOKAMAK ของโครงการ ITER ที่จะสร้างขึ้นที่เมือง Cadarache ทางตอนใต้ของประเทศฝรั่งเศส ซึ่งคาดว่าจะสร้างเสร็จในปีพ.ศ. 2559 ห้องกักเก็บพลาสมาของ ITER จะมีขนาด 840 ลูกบาศก์เมตร ซึ่งจะเป็นที่อยู่ของพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูงประมาณ 150 ล้านเซลเซียส: (http://www.mofa.go.jp/policy/s_tech/iter/image/what_02.jpg)

        องค์ความรู้ทางฟิสิกส์และเทคโนโลยีของลำอนุภาคและพลาสมาจึงมีคุณค่าทางวิชาการสูง ที่ให้ทั้งผลประโยชน์ทางธุรกิจ และจะเป็นหนทางรอดของโลกอนาคต
องค์ประกอบของศูนย์วิจัย PBPP
1. หน่วยวิจัยด้านลำไอออนและการประยุกต์
2. หน่วยวิจัยลำอิเล็กตรอนและโฟตอนห้วงเฟมโตวินาที
3. หน่วยวิจัยด้านฟิสิกส์พลาสมาเพื่อวัสดุใหม่
ณ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่
4. หน่วยวิจัยเทคโนโลยีพลาสมาและวัสดุขั้นสูง
ณ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย
5. หน่วยวิจัยด้านพลาสมาสำหรับวิทยาศาสตร์พื้นผิว
ณ มหาวิทยาลัยบูรพา
6. หน่วยวิจัยเทคโนโลยีพลาสมาเพื่อการประยุกต์ทางกสิกรรม
ณ มหาวิทยาลัยวลัยลักษณ์
7. หน่วยวิจัยด้านเซลล์และเมมเบรนสังเคราะห
ณ มหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์
สำนักงานกลางศูนย์ความเป็นเลิศด้านฟิสิกส์
ตู้ ปณ.70 มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ อ.เมือง จ.เชียงใหม่ 50202
โทรศัพท์ (053) 942650-3 โทรสาร (053) 222774