แสงซินโครตรอน

คุณสมบัติของแสงซินโครตรอน เป็นอนุภาคมีประจุซึ่งเคลื่อนที่ด้วยความเร่งจะมีการปลดปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา เช่น อนุภาคอิเล็กตรอนหรืออนุภาคโพสิตรอนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงผ่านสนามแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเรียกว่าแสงซินโครตรอน ซึ่งเป็นแสงที่มีคุณสมบัติพิเศษหลายอย่าง ทำให้กลายเป็นอุปกรณ์ สำคัญที่สามารถนำไปใช้ในงานวิจัยทางวิทยาศาสตร์อย่างกว้างขวาง คุณสมบัติดังกล่าวคือ

1. มีสเปกตรัมที่ต่อเนื่อง (continuous spectrum) : แสงซินโครตรอนถูกปลดปล่อยออกมาในย่านพลังงานต่อเนื่องตั้งแต่ย่าน infrared จนถึง x-ray และโดยการให้อนุภาคเคลื่อนที่ผ่านสนามแม่เหล็กจากอุปกรณ์พิเศษที่เรียกว่า undulator สเปกตรัมของแสงซินโครตรอนที่ได้จะมีลักษณะที่ประกอบด้วยชุดของแถบแสงที่มีย่านพลังงานแคบๆ ซึ่งเมื่อเปลี่ยนค่าสนามแม่เหล็กพลังงานของแถบแสงซินโครตรอนจะเปลี่ยนอย่างต่อเนื่อง

2. มีความเข้มสูง (high intensity) : แสงซินโครตรอนเป็นแสงที่มีความเข้มสูง โดยเฉพาะแสงจาก undulator ซึ่งมีความเข้มสูงกว่าแสงจาก bending magnet ถึงระดับหมื่นหรือแสนเท่า

3. มีความคมสูงมาก (highly collimated) : แสงซินโครตรอนถูกปลดปล่อยออกมาเป็นลำกรวยเล็กๆ ในแนวสัมผัสกับทิศทางการเคลื่อนที่ของอนุภาค โดยการมีขนาดลำแสงเล็กประกอบกับการมีความเข้มสูงทำให้แสงซินโครตรอนมี brilliance สูงมาก ในกรณีของ undulator นั้น แนวการเคลื่อนที่ของอนุภาคถูกจำกัดอยู่ในบริเวณแคบๆ บริเวณแกนของ undulator ส่งผลให้เกิดการแทรกสอดของแสงซินโครตรอนที่ถูกปลดปล่อยออกมาในแต่ละจุดซึ่งทำให้ brilliance ยิ่งทวีค่าสูงขึ้น

4. มีลักษณะเป็นพัลส์ (pulse) : แสงซินโครตรอนถูกปลดปล่อยออกมาในลักษณะเป็นพัลส์สั้นๆ น้อยกว่าหนึ่งในล้านล้านของวินาที ดังนั้นเมื่อแสงซินโครตรอนถูกใช้ในการทดลองที่ระบบการตรวจวัดมีความละเอียดในการวัดช่วงต่ำ (low time resolution) ความเข้มแสงซินโครตรอนจึงมีลักษณะคงที่ไม่เปลี่ยนตามเวลา

5. เป็นแสงที่รู้คุณสมบัติเชิงปริมาณ (brilliance) : ของสเปกตรัมแสงซินโครตรอนนั้นสามารถรู้ค่าได้แน่นอนโดยการคำนวณทางทฤษฏี แสงซินโครตรอนจึงสามารถนำมาใช้ในการทดลองโดยมีค่าความเข้มที่มาตรฐานตลอดย่านพลังงานที่ได้

6. เป็นแสงที่โพลาไรซ์ (polarized light) : แสงซินโครตรอนจาก bending magnet เป็นแสงโพลาไรซ์แบบระนาบที่มีทิศทางของสนามไฟฟ้าขนานกับระนาบของแนวการเคลื่อนที่ของอนุภาค และโดยการใช้อุปกรณ์ เช่น helical undulator ยังสามารถผลิตแสงซินโครตรอนที่มี circular polarization ได้

7. เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่มีการปนเปื้อนต่ำ (clean environment) : เนื่องจากแหล่งกำเนิดแสงซินโครตรอนทำงานในระบบที่เกือบเป็นสุญญากาศ (ความดันประมาณ 10-10 Torr) ทำให้แสงที่ได้มีการปนเปื้อนจากรังสีอื่นๆ ที่ไม่ต้องการน้อยมาก คุณสมบัติข้างต้นดังกล่าวทำให้แหล่งกำเนิดแสงซินโครตรอนเป็นแหล่งกำเนิดแสงสำคัญที่มีลักษณะพิเศษ หลายอย่างเหนือกว่าแหล่งกำเนิดแสงที่ใช้ในห้องทดลองทั่วไป เช่น halogen lamps, plasma sources และ lasers ยิ่งไปกว่านั้น โดยการเร่งอนุภาคแบบ periodic โดยใช้สนามแม่เหล็กแบบ periodic magnets ของ undulator และ wiggler ยังสามารถผลิตแสงที่มีความเข้มสูงขึ้น และมีคุณสมบัติเฉพาะตามที่ต้องการ http://nsrc.sut.ac.th