แหล่งกำเนิดเครื่องเร่งอนุภาคไทย

เรียบเรียงโดย รองศาสตราจารย์ ดร.สมศร สิงขรัตน์

นับถึงวันนี้เครื่องเร่งอนุภาค (particle accelerator) ได้ถูกประดิษฐ์ขึ้นมาแล้วไม่ต่ำกว่า 80 ปี คาดกันว่า ปัจจุบันมีเครื่องเร่งอนุภาคอยู่มากกว่า 17,000 เครื่องทั่วโลก ใน พ.ศ.นี้ เครื่องที่รู้จักกันมากที่สุดคงเป็นเครื่องเร่งอนุภาค ของศูนย์วิจัยเชิร์น (CERN) ที่เมื่อกลางปี พ.ศ.2555 ได้ถูกใช้ในการค้นพบอนุภาคฮิกส์โบซอน หรือที่บางคนเรียกขานว่า “God particle” ซึ่งทำให้นักฟิสิกส์ทฤษฎีผู้พยากรณ์สองคนได้รับรางวัลโนเบลสาขาฟิสิกส์ประจำปี พ.ศ.2556 ในแง่ของ ประโยชน์เชิงประยุกต์นั้นเครื่องเร่งอนุภาคมีคุณูปการที่สำคัญต่อความเจริญก้าวหน้าของโลกหลายด้านที่เห็นได้เด่นชัดที่สุด ก็คือเป็นอุปกรณ์สำคัญที่จำเป็นต้องใช้ในการพัฒนาเทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งเป็นหัวใจของการเกิด Smartphone, Tablet หรือ Phablet ฯลฯ ที่กำลังเป็นที่นิยมใช้กันมากในปัจจุบัน

ในส่วนของคนไทยนั้น คำว่า “เครื่องเร่งอนุภาค” ไม่ได้ฟังดูแปลกประหลาดอะไรอีกแล้วสำหรับหลายๆ คน เพราะเดี๋ยวนี้มีเครื่องเร่งอนุภาคอยู่หลายแห่งในประเทศ ให้บริการเป็นปกติอยู่แทบจะทุกวัน เช่น เครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอน เพื่อใช้ในการบำบัดรักษามะเร็งตามโรงพยาบาลใหญ่ๆ หลายแห่ง เช่น โรงพยาบาลศิริราช หรือ โรงพยาบาลมหาราช นครเชียงใหม่ เป็นต้น หรือ เครื่องเร่งอนุภาคไซโคลตรอนขนาดเล็กเพื่อผลิตสารกำเนิดรังสีโพสิตรอนใช้กับ เทคนิค วิเคราะห์และตรวจหา Positron Emission Tomography หรือ PET ที่ศูนย์ไซโคลตรอนและเพทสแกนแห่งชาติ โรงพยาบาลจุฬาภรณ์ และที่ศูนย์ความเป็นเลิศทางการแพทย์ คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ หรือเครื่องเร่ง อนุภาคซินโครตรอนของกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี ที่จังหวัดนครราชสีมา หรือ เครื่องเร่งอนุภาคอิเล็กตรอน ที่สถาบันวิจัยเทคโนโลยีนิวเคลียร์ใช้ให้บริการปรับปรุงคุณภาพพลอย หรือ เครื่องเร่งอนุภาค lon Implanter เพื่อเทคโนโลยีไมโครอิเล็กทรอนิกส์ของศูนย์วิจัย Thai Microelectronics Center (หรือ TMEC) ที่จังหวัดฉะเชิงเทรา เป็นต้น

แต่จะมีใครรู้บ้างว่า คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่นี่แหละคือสถาบันที่เป็นผู้บุกเบิกนำ “เครื่องเร่งอนุภาค” มาใช้งานเป็นแห่งแรกของประเทศไทย เอกสิทธิ์นี้ยังส่งผลสืบเนื่องให้คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเชียงใหม่ เป็นสถาบันแห่งเดียวของประเทศในขณะนี้ที่สามารถสร้างเครื่องเร่งอนุภาคไว้ใช้งานได้เองและมีเครื่องเร่งอนุภาคที่ใช้งานอยู่จำนวนมากที่สุด ต้นตอของเรื่องนี้เริ่มขึ้นเมื่อประมาณ 40 ปีที่แล้ว

ผู้ริเริ่มการใช้เครื่องเร่งอนุภาคของประเทศ

หลังจากภาควิชาฟิสิกส์แห่งแรกของดินแดนล้านนาถิ่นไทยงามถือกำเนิดขึ้นในปี พ.ศ. 2507 (เปลี่ยนชื่อเป็นภาควิชาฟิสิกส์และวัสดุศาสตร์ ในปี พ.ศ.2551) แขนงวิชาแรกที่ได้เริ่มต้นงานวิจัยขึ้นอย่างเป็นรูปธรรม ก็คือแขนงวิชาฟิสิกส์นิวเคลียร์ โดยการบุกเบิกของด๊อกเตอร์หนุ่มมาดเท่ที่จบกลับมาจาก University of California at Los Angeles (UCLA) ในปี พ.ศ.2508 อาจารย์หนุ่มนักฟิสิกส์นิวเคลียร์ท่านนี้ก็คือผู้ที่ปัจจุบันรู้จักกันในนาม ศาสตราจารย์ ดร.ประสิทธิ์ เจริญขวัญ ในเวลานั้นภาควิชาฟิสิกส์ฯ มีคณาจารย์อยู่เพียง 6 ท่านเท่านั้น (รวมอาจารย์ชาวอังกฤษ 1 ท่านที่รัฐบาลอังกฤษให้ความช่วยเหลือส่งมาภายใต้แผนโคลัมโบ) อุปกรณ์การทดลองชิ้นสำคัญที่แขนงวิชาฟิสิกส์นิวเคลียร์ได้จัดหามาใช้งานในปีพ.ศ.2513 โดยใช้งบประมาณ ประจำปีของภาควิชาประมาณ 5,000 เหรียญสหรัฐ ก็คือเครื่องเร่งอนุภาคขนาดกะทัดรัดเพื่อใช้ผลิตรังสีนิวตรอนพลังงานสูง 14 MeV แบบที่เรียกกันว่า Sealed Tube Neutron Generator เมื่อดูเผินๆ อาจเห็นเป็นเพียงอุปกรณ์เล็กๆ ยาวไม่เกินครึ่งเมตร แต่นี่แหละคือ “เครื่องเร่งอนุภาค เครื่องแรกของประเทศไทย” ต้องมีพลังความเชื่อมั่นและศรัทธาที่สูงมากจึงจะกล้าตัดสินใจซื้อเครื่องมือแบบนี้มาใช้งานในมหาวิทยาลัยภูธรแห่งแรกของประเทศที่เพิ่งถือกำเนิดมาได้เพียง 6 ปี เท่านั้น

หลังจากห้องใต้ดินป้องกันรังสีถูกสร้างต่อเติมเสร็จทางปีกขวาของอาคารฟิสิกส์ 1 โดยการสนับสนุนเป็นอย่างดีจาก รองศาสตราจารย์สมพงษ์ ชื่นตระกูล คณบดีคณะวิทยาศาสตร์ในเวลานั้น ศาสตราจารย์ ดร.ประสิทธิ์ กับ ศาสตราจารย์ เกียรติคุณ ดร.ถิรพัฒน์ วิลัยทอง ที่สำเร็จการศึกษากลับมาจากประเทศอังกฤษในปี พ.ศ.2514 ได้ช่วยกันปลุกปล้ำจนเครื่อง Neutron Generator เริ่มทำงานได้ในปี พ.ศ.2515 ศาสตราจารย์ เกียรติคุณ ดร.ถิรพัฒน์ ได้อยู่ช่วยงาน ศาสตราจารย์ ดร.ประสิทธิ์ ประมาณ 3 ปี แล้วไปศึกษาต่อระดับปริญญาเอกที่ประเทศสหรัฐอเมริกา

ความเข้มแข็งด้านฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่เชียงใหม่ ยังคงดำเนินต่อไปโดยการนำของ ศาสตราจารย์ ดร.ประสิทธิ์ ร่วมกับทีมคณาจารย์ที่บางท่าน ก็คือ ลูกช้างรุ่นแรกๆ นั่นเอง และเมื่อรวมกับการสนับสนุนที่ดีจากสำนักงานคณะกรรมการวิจัยแห่งชาติ (ซึ่งยังคงให้การสนับสนุนมาจนถึงปัจจุบัน) ชื่อเสียงของนักวิจัยทีมนี้ก็เริ่มขจรขจายไปทั่วประเทศ ผู้เขียนจำได้ว่าเมื่อตอนที่ยังศึกษาอยู่ที่ภาควิชาฟิสิกส์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัยแม้แต่อาจารย์ของผู้เขียนยังยอมรับว่าการศึกษาวิจัยทางด้านฟิสิกส์นิวเคลียร์ที่มหาวิทยาลัยเชียงใหม่โดดเด่นที่สุดในประเทศ ในช่วงเวลานั้น คณะวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยเชียงใหม่มีความเป็นเลิศในการสอนและการวิจัยด้านปฏิกิริยานิวเคลียร์แบบหน่วง (delayed) ที่เกิดจากการกระตุ้นด้วยรังสีนิวตรอน พลังงาน 14 MeV ทั้งในเชิงฟิสิกส์นิวเคลียร์พื้นฐานและประยุกต์ เช่น การเสาะหาไอโซโทปใหม่ๆ และการวิเคราะห์ธาตุด้วยเทคนิค Fast Neutron Activation Analysis เป็นต้น ผลงานโดดเด่นชิ้นหนึ่ง ก็ได้แก่ การค้นพบแบบแผนการสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตรังสีโคบอลต์ – 64 เป็นครั้ง แรกในปี พ.ศ.2520

การเริ่มต้นไว้ดีนี่เองที่เป็นต้นทุนสำคัญสำหรับการได้รับการสนับสนุนจากทบวงการพลังงานปรมาณูระหว่างประเทศ (International Atomic Energy Agency หรือ IAEA) ในเวลาต่อมา ที่ต่อเนื่องมาจวบจนถึงปัจจุบัน