Lecture 4 เทคโนโลยีเครื่องเร่งอนุภาค 105113 มนุษย์กับเทคโนโลยี Lecture 4 เทคโนโลยีเครื่องเร่งอนุภาค

เนื้อหา เครื่องเร่งอนุภาค (Particle Accelerator) คืออะไร เครื่องเร่งอนุภาค ยุคเริ่มต้น เครื่องเร่งอนุภาคสมัยใหม่ แนวตรง และ แนววงกลม เครื่องตรวจวัดอนุภาค (Particle Detector) ตัวอย่างเครื่องเร่งอนุภาค การใช้ประโยชน์เครื่องเร่งอนุภาค

เครื่องเร่งอนุภาค (Particle Accelerator) คือ อุปกรณ์ที่สามารถ เร่งอนุภาคที่มีประจุ ให้มีความเร็วสูงมากขึ้น โดยใช้สนามไฟฟ้า หรือสนามแม่เหล็ก เร็วขึ้น = พลังงานมากขึ้น เครื่องแวนเดอกราฟ (Van de Graaff) ใช้ศึกษาปฏิกิริยานิวเคลียร์

เครื่องเร่งอนุภาคอย่างง่าย (1.5 eV) + - อิเล็กตรอนวิ่งผ่านสนามไฟฟ้าจากแบตเตอรี AA ขนาด 1.5 V จะมีพลังงานเพิ่มขึ้น 1.5 eV

เราใช้หน่วยอิเล็กตรอนโวลต์ (eV) สำหรับพลังงานของเครื่องเร่งอนุภาค หน่วยของพลังงาน เราใช้หน่วยอิเล็กตรอนโวลต์ (eV) สำหรับพลังงานของเครื่องเร่งอนุภาค ปัจจุบันเครื่องเร่งอนุภาคสมัยใหม่มีพลังงานในช่วง MeV = 106 eV (ล้าน) GeV = 109 eV (พันล้าน) TeV = 1012 eV (ล้านล้าน)

หลอดโทรทัศน์ สามารถเร่งอิเล็กตรอน ให้มีพลังงาน 30 keV (30,000 eV)

จักรวาลเป็นเครื่องเร่งอนุภาคที่ยิ่งใหญ่ที่สุด

ฟ้าผ่า (Lightning) การถ่ายเทประจุไฟฟ้าในบรรยากาศ

สร้าง Tesla Coil กำเนิดไฟฟ้าศักย์สูง ค.ศ. 1891 N. Tesla สร้าง Tesla Coil กำเนิดไฟฟ้าศักย์สูง E ~ 1 MeV

เครื่องเร่งอนุภาคยุคเริ่มต้น ค.ศ. 1895 RÖntgen ค้นพบรังสีเอ็กซ์ (x-ray) E ~ 10-100 keV

CT-Scan

การจำลองใบหน้าของฟาโรห์ตุตันคามุน

ค.ศ. 1896 J.J. Thomson ค้นพบอิเล็กตรอน โดยใช้ Cathode Ray Tube (CRT) นับเป็นเครื่องเร่งอนุภาคแนวตรง 10-30 keV

อนุภาคในอะตอม e- อิเล็กตรอน (electron) ประจุลบ p โปรตอน (protron) ประจุบวก n นิวตรอน (nuetron) ไม่มีประจุ

หลอด CRT

เครื่องเร่งอนุภาคแนวตรง (Linear Accelerator : LINAC)

LINAC Electron Therapy 2-20 MeV

สร้างเครื่อง Cyclotron เป็นเครื่องเร่งอนุภาคแนววงกลม ค.ศ. 1929 E.A. Lawrence สร้างเครื่อง Cyclotron เป็นเครื่องเร่งอนุภาคแนววงกลม 80 keV

520 MeV

Cyclotron Proton Therapy

สร้างเครื่องเร่งอนุภาคศักย์สูง ค.ศ. 1931 R.J. Van de Graaff สร้างเครื่องเร่งอนุภาคศักย์สูง 7 MeV

เครื่องเร่งอนุภาคสมัยใหม่ ถ้าต้องการศึกษานิวเคลียสอะตอมขนาด 10-15 เมตร อนุภาคต้องมีพลังงานมากกว่า 1 GeV

เครื่องเร่งอนุภาค LHC (Large Hadron Collider)

CERN LHC Large Hadron Collider C = 27 km E = 7 TeV

การศึกษาการชนกันของอนุภาคความเร็วสูง จำเป็นต้องมีการประมวลผลที่รวดเร็ว ระบบสื่อสาร ฐานข้อมูลที่ดี นักวิทยาศาสตร์พัฒนา  คอมพิวเตอร์ ฮาร์ดดิสค์ อินเตอร์เน็ต

CERN Grid

พัฒนา World Wide Web (WWW) ที่ CERN ค.ศ. 1987 T. Berner Lee พัฒนา World Wide Web (WWW) ที่ CERN เริ่มต้นการสื่อสารยุคใหม่ เปลี่ยนเศรษฐกิจโลก

เครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอน (Synchrotron Light Source)

E ~ 1-8 GeV

Spring 8 (8 GeV)

แสงซินโครตรอนสามารถใช้มอง ให้เห็นวัสดุในระดับอะตอมได้

สรุป เครื่องเร่งอนุภาคมีอยู่ทั่วๆไป รวมทั้งใกล้ตัวเรา นักวิทยาศาสตร์ใช้เครื่องเร่งอนุภาคศึกษาธรรมชาติ ค้นคว้าหาความรู้ใหม่ เทคโนโลยีใหม่ๆหลายชนิด ได้เกิดขึ้นจาก การค้นคว้าวิจัยเครื่องเร่งอนุภาค