XFEL เครื่องกำเนิดแสงเลเซอร์พลังงานสูงที่มีความยาวถึง 3.4 กิโลเมตร

เราพยายามสร้างลำแสงความเข้มสูงเพื่อใช้ประโยชน์ในการทดลองวิทยาศาสตร์และยังสามารถใช้ในงานด้านพานิชย์ได้มาเป็นเวลาหลายปีแล้ว ในรูปแบบของแสงซินโครตรอน ซึ่งแสงซินโครตรอนที่ใช้กันอยู่ทั่วไป  ก็คือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปลดปล่อยออกมาจากอนุภาคอิเล็คตรอนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้ความเร็วแสงและถูกบังคับให้เคลื่อนที่เป็นแนวเส้นโค้งด้วยสนามแม่เหล็ก อิเล็คตรอนจะสูญเสียพลังงานบางส่วนในรูปคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มีความยาวคลื่นครอบคลุมตั้งแต่ย่านอินฟาเรด จนถึงรังสีเอกซ์ มีความเข้มของลำแสงสูงมาก ซึ่งการทำให้อนุภาคอิเล็คตรอนเลี้ยวโค้ง ก็จำเป็นต้องทำทางวิ่งรูปวงกลมแล้วใช้สนามแม่เหล็กบังคับ ซึ่งในประเทศไทยก็มีเครื่องสร้างแสงซินโครตรอนของเราเอง ลองดูข้อมูลที่นี่

ล่าสุดมีแนวคิดจะสร้างลำแสงรังสีเอกซ์ ความเข้มสูงยิงยวดระดับเลเซอร์ เพื่อใช้ประโยชน์ในการวิจัยระดับอนุภาค หลังจากใช้เวลาก่อสร้างนาน 8 ปี ก็มีการประกาศความสำเร็จและมีงานเปิดตัวเครื่องยิงเลเซอร์อิเล็กตรอนอิสระเพื่อการเอกซเรย์แห่งยุโรป (The European X-ray Free Electron Laser – XFEL ) ณ เมืองฮัมบวร์ก ประเทศเยอรมนี เป็นท่อเร่งอนุภาคทางตรงในความยาวถึง 3.4 กิโลเมตร ตามรูปบน

_43006731_electon_laser416x177

และแทนที่จะใช้เครื่องเร่งอนุภาคโค้งเป็นวงกลมแบบเครื่องสร้างแสงซินโครตรอนเดิมๆ เครื่อง XFEL กลับใช้เครื่องเร่งอนุภาคแบบท่อตรง แต่ใช้สนามแม่เหล็กบังครับอิเล็กตรอนให้วิ่งโค้งไปมาแทน ทำให้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจากโค้งแรก เกิดการรวมเข้ากับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่เกิดจากโค้งที่ 2 และเกิดแบบนี้ซ้ำกับโค้งถัดๆไปจนลำแสงมีความเข้มสูงระดับเลเซอร์  อนุภาคอิเล็กตรอนที่หมดหน้าที่จะถูกส่งเข้า Electron trap ที่ปลายท่อ (ดูรูปประกอบ) เหลือเฉพาะลำแสงแม่เหล็กไฟฟ้าที่เราต้องการพุ่งตรงออกไป และเมื่อเลือกย่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในความถี่ของรังสีเอกซ์ เราก็จะได้ปืนแสงเลเซอร์รังสีเอ็กซ์ที่ใหญ่และทรงที่สุดโลกตามที่หวังไว้

เลเซอร์รังสีเอกซ์ ที่สร้างจากเครื่อง XFEL นี้ มีความสว่างมากกว่าที่เคยสร้างจากเครื่องซินโคตรอนถึง 1,000 ล้านเท่า มันปลดปล่อยอนุภาคของแสง (โฟตอน) จากรังสีเอกซ์ออกมาได้ถึง 1 ล้านล้านโฟตอน ภายในช่วงเวลาเพียง 50 เฟมโตวินาที (0.00000000000005 วินาที) และยังทำซ้ำเช่นนี้ได้ถึง 27,000 ครั้ง ภายในเวลาเพียง 1 วินาที แสงเลเซอร์รังสีเอกซ์พลังงานสูงนี้ จะฉายทะลุทะลวงวัสดุใด ๆ ก็ตามที่ถูกนำไปขวางหน้าอยู่ ไม่ว่าจะเป็นโมเลกุลของโปรตีนในร่างกายมนุษย์ หรือตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีในงานอุตสาหกรรม เพื่อเผยให้เห็นถึงรายละเอียดระดับอนุภาคซึ่งจะได้รับการบันทึกไว้ด้วยกล้องชนิดพิเศษอีกครั้งหนึ่ง

เครื่อง XFEL  ที่ฝั่งอยู่ในอุโมงค์ลึก 40 เมตรนี้มีมูลค่าถึง 1,000 ล้านยูโร เกิดจากความร่วมมือร่วมใจของประเทศต่างๆในยุโรปถึง 11 ประเทศ และเวลานี้มีคิวรอใช้งานยาวเหยียด

เรียบเรียงโดย @MrVop