มีแสงที่สว่างกว่าแสงอาทิตย์ 10 พันล้านเท่าจริงหรือ?

เครื่องเร่งอนุภาค Diamond synchrotron เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่ให้พลังงานสูงมาก สามารถนำไปใช้ในงานทางวิทยาศาสตร์ได้มากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งการแปลหรือถอดความหมายสัญลักษณ์ทางด้านโบราณคดี






ในจำนวนเครื่องเร่งอนุภาค (Diamond synchrotron) ทั้งหมด เครื่องที่มีขนาดใหญ่มากที่สุดอยู่ที่เมืองอ๊อกฟอร์ดเชียร์ ประเทศอังกฤษ เครื่องเร่งอนุภาคมีต้นทุนในการสร้างกว่า 500 ล้านเหรียญสหรัฐฯ โดยจะสร้างเป็นอาคารรูปวงกลมที่มีขนาดพอๆ กับสนามฟุตบอล เครื่องนี้สามารถให้กำเนิดลำแสงที่มีความสว่างของจุดรวมแสงสูงมากได้ถึง 10 พันล้านเท่าของแสงจากดวงอาทิตย์เลยทีเดียว ความสามารถอันเหลือเชื่อในการให้แสงสว่างที่มีพลังงานมากขนาดนี้ต้องใช้เทคโนโลยีทางวิทยาศาสตร์ที่มีศักยภาพสูงมากๆ มาประยุกต์ใช้

นักวิทยาศาสตร์คาดว่าจะใช้เครื่องเร่งอนุภาคนี้ในการอ่านตัวอักษรโบราณจากโบราณวัตถุที่มีความเสียหายมากๆ ถึงแม้ว่าการค้นพบวัตถุจำพวกกระดาษหนังหรือต้นฉบับโบราณเหล่านี้จะมีคุณค่าอย่างมากในด้านโบราณคดีและมนุษยวิทยา แต่บ่อยครั้งที่หนังสือโบราณนี้จะเปราะหรือเปื่อยมากเกินไปจนไม่สามารถเปิดออก หรือสีของตัวอักษรจางมากจนอ่านไม่ได้ เครื่องเร่งอนุภาคสามารถแก้ปัญหาเหล่านี้ได้ โดยมันสามารถช่วยให้อ่านตัวอักษรได้โดยไม่ต้องแตะต้องหนังสือนั้นเลยด้วยซ้ำ

เครื่องเร่งอนุภาคจะปลดปล่อยรังสี X-ray ที่มีพลังงานสูง และสามารถทะลุผ่านเข้าไปยังโบราณวัตถุเหล่านั้นได้ และให้ภาพ 3 มิติของตัวอักษรออกมา โดยมีโปรแกรมคอมพิวเตอร์ช่วยในการแปลผล และยังสามารถแยกแยะแต่ละชั้นของหนังสือโบราณได้ นอกจากนี้ยังมองเห็นตัวอักษรที่ถูกเขียนด้วยหมึกที่ทำจากธาตุเหล็ก ที่มีใช้กันในศตวรรษที่ 12 เมื่อฉาย X-ray เข้าไปจะทำให้มองเห็นร่องรอยของตัวอักษรได้ในลักษณะแบบการดูดกลืนรังสี นอกจากนี้ยังใช้ได้กับวัตถุที่จมอยู่ก้นทะเลแล้วไม่สามารถเปิดออกได้

ตัวอักษรโบราณมักจารึกไว้บนหนังสัตว์ที่แห้งแล้ว เมื่อเวลาผ่านไปนานๆ คอลลาเจน (Collagen: สารโปรตีนที่เป็นส่วนประกอบของกระดูกและเอ็น) ในหนังสัตว์นั้นจะเปลี่ยนสภาพเป็นเจลาติน (Gelatin: สารโปรตีนที่ได้จากกระบวนการไฮโดรไลซิสหรือการผ่านความร้อนของคอลลาเจน) ทำให้หนังและตัวอักษรที่จารึกไว้ย่อยสลายไป เครื่องเร่งอนุภาค Diamond synchrotron สามารถช่วยให้ศึกษาปริมาณของคอลลาเจนที่เปลี่ยนไปเป็นเจลาตินและระดับของการย่อยสลายได้ และยังเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่ปลดปล่อยแสงออกมาได้หลายรูปแบบ ทำให้นักวิจัยสร้างภาพฉายของวัตถุต่างๆ ได้ละเอียดในระดับอะตอม

เครื่องเร่งอนุภาคชนิดนี้จะให้กำเนิดลำแสงที่มีความเข้มแสงมากโดยใช้การเร่งอนุภาคระดับต่ำกว่าระดับอะตอม โดยเริ่มต้นจากปืนอิเล็กตรอนที่ยิงลำอิเล็กตรอนออกไปตามท่อขนาดใหญ่ซึ่งเรียกว่า linac ซึ่งจะช่วยเร่งอนุภาคอิเล็กตรอนก่อนส่งไปใน circular booster synchrotron (ห้องกระตุ้นอนุภาค มีรูปร่างเป็นวงกลม) ในห้องเร่งอนุภาคนี้อิเล็กตรอนจะถูกเร่งจนมีพลังงานที่มากพอ ซึ่งอาจมีพลังงานมากขนาด 3 กิกะอิเล็กตรอนโวลต์ (Giga = พันล้าน) และหลังจากนั้นอิเล็กตรอนจะถูกนำเข้าไปในห้องวงกลมที่มีขนาดใหญ่กว่าโดยใช้แม่เหล็ก ทำให้มันเร่งในระดับใกล้เคียงกับความเร็วแสงทีเดียว

ท่อตรงที่อยู่ด้านนอกเรียกว่า beamlines จะยืดขยายออกไปจากห้องเร่งอนุภาคที่ใหญ่ที่สุด เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านห้องเร่งอนุภาคด้วยความเร็วสูงสุด อิเล็กตรอนบางอนุภาคจะแตกออกและเคลื่อนที่เข้าไปใน beamlines และเกิดแสงสว่าง แสงที่เกิดขึ้นนำไปใช้งานได้หลากหลาย ดังเช่นการตรวจสอบวัตถุในระดับอะตอมที่กล่าวไปแล้วข้างต้น

ดังนั้นจากกระบวนการนี้จะมีแสงสว่างออกมาในช่วงท้ายของความยาวคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงไมโครเวฟ ถึง X-ray แสงนี้จะมีความสว่างเป็น 10 พันล้านเท่าของแสงอาทิตย์และ 100 พันล้านเท่าของรังสี X-ray ที่ใช้ในทางการแพทย์ทีเดียวเครื่องเร่งอนุภาค Diamond synchrotron จะทำงานตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน และมี Beamlines 7 เส้น ซึ่งอาจจะเพิ่มจำนวนได้ภายหลัง

ที่มา : http://science.howstuffworks.com/synchrotron.htm




รูปล่างเป็นภาพจำลองโครงสร้างของเครื่องเร่งอนุภาคชนิด Diamond Light Source โดยปืนยิงอิเล็กตรอน linac และ booster synchrotron จะอยู่ตรงกลาง ในขณะที่ห้องเร่งอนุภาคขนาดใหญ่สุดที่เป็นรูปวงกลม และ beamlines ทีเป็นเส้นวิ่งของลำแสงอยู่รอบๆ