เทคโนโลยีแม่เหล็กขั้นสูง


เทคโนโลยีแม่เหล็กได้ถูกนำมาประยุกต์ใช้ในด้านต่างๆ อย่างหลากหลายตั้งแต่อดีตจนถึงปัจจุบัน ทั้งในด้านพลังงาน การขนส่ง การตรวจวินิจฉัยและการรักษาทางการแพทย์ การผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และเป็นเครื่องมือสำหรับงานวิจัยทางด้านวิทยาศาสตร์ การพัฒนาและความก้าวหน้าของเทคโนโลยีทางด้านแม่เหล็กที่มีมาอย่างต่อเนื่องได้ทำให้คุณลักษณะของแม่เหล็กตอบโจทย์ความต้องการใช้งานได้ดียิ่งขึ้น เช่น การพัฒนาแม่เหล็กถาวรชนิดนีโอไดเมียมทำให้สามารถสร้างสนามแม่เหล็กความเข้มสูงได้จากแม่เหล็กที่มีขนาดเล็กลง การพัฒนาแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวดทำให้สามารถสร้างสนามแม่เหล็กที่มีความเข้มหลายเทสลาได้เป็นต้น

เทคโนโลยีแม่เหล็กขั้นสูง

สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอนกับการวิจัย และพัฒนาทางด้านแม่เหล็ก

สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) ได้พัฒนาห้องปฏิบัติการแม่เหล็กขึ้นเพื่อสนับสนุนการดำเนินงานวิจัยทางด้านแม่เหล็กสำหรับเครื่องเร่งอนุภาค และเตรียมความพร้อมสำหรับการพัฒนาเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนในอนาคต แม่เหล็กสำหรับเครื่องเร่งอนุภาคมีลักษณะพิเศษ คือ ขนาดและทิศทางของสนามแม่เหล็กจะต้องมีความถูกต้องและแม่นยำสูงกว่าแม่เหล็กที่ใช้งานในด้านอื่นๆ (ค่าความเคลื่อนของสนามแม่เหล็กไม่เกิน 0.1%) เพื่อให้การเคลื่อนที่ของอนุภาคพลังงานสูงเป็นไปตามที่ออกแบบไว้ ด้วยเหตุนี้องค์ความรู้ที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบและผลิตแม่เหล็กที่พัฒนาขึ้นภายในสถาบันฯ จึงนับว่ามีความพิเศษกว่าเทคโนโลยีทางด้านแม่เหล็กภายในประเทศที่มีอยู่ และเป็นเทคโนโลยีขั้นสูงที่สามารถขยายขอบเขตและยกระดับงานวิจัยและพัฒนำทางด้านแม่เหล็กภายในประเทศได้

แม่เหล็ก
ผลการคำนวณสนามแม่เหล็กของแม่เหล็ก 6 ขั้ว ใน 2 มิติ แกนแม่เหล็ก 6 ขั้วที่ผลิตด้วยเครื่องตัดด้วยเส้นลวดนำกระแสไฟฟ้า และการวัดสนามแม่เหล็กด้วยอุปกรณ์วัดสนามแม่เหล็กแบบฮอลล์

ความพิเศษของเทคโนโลยีแม่เหล็กขั้นสูงนี้ เริ่มตั้งแต่กระบวนการออกแบบและการสร้างแบบจำลองเพื่อคำนวณสนามแม่เหล็กด้วยโปรแกรมทางคอมพิวเตอร์ ซึ่งมีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายในการออกแบบแม่เหล็กสำหรับเครื่องเร่งอนุภาค เช่น POISSON และ Radia หลังจากนั้นจึงเป็นการออกแบบทางวิศวกรรมและการดำเนินการผลิต โดยทั่วไปคุณลักษณะของสนามแม่เหล็กจะถูกกำหนดโดยรูปร่างของแกนแม่เหล็กที่ผลิตจากเหล็กกล้าคาร์บอนต่ำ ดังนั้น ความละเอียดและแม่นยำในการผลิตแกนแม่เหล็กจึงมีความสำคัญมาก ทางสถาบันฯ ได้พัฒนาเทคนิคและกระบวนการผลิตแกนแม่เหล็กที่มีผิวโค้ง (อธิบายได้ด้วยสมการทางคณิตศาสตร์) ด้วยความแม่นยำในระดับไมครอนโดยการใช้เครื่องตัดด้วยเส้นลวดนำกระแสไฟฟ้าและเครื่องกัด โลหะควบคุมด้วยคอมพิวเตอร์ หลังจากนั้นจึงเข้าสู่ขั้นตอนการประกอบชิ้นส่วนต่างๆ ของแม่เหล็กโดยอาศัยเครื่องวัดพิกัด 3 มิติในการตรวจสอบความถูกต้องของตำแหน่งและการจัดวาง รวมทั้งขั้นตอนการทดสอบและวัดสนามแม่เหล็กด้วยอุปกรณ์วัดสนามแม่เหล็กความไวสูงที่ได้มาตรฐานและสามารถวัดสนามแม่เหล็กความเข้มสูงได้

ประโยชน์ของเทคโนโลยีแม่เหล็กขั้นสูงต่ออุตสาหกรรม การผลิตและการพัฒนาประเทศ

งานวิจัยและพัฒนาทางด้านแม่เหล็กที่ทางสถาบันฯ ได้ดำเนินงานมานั้น ครอบคลุมตั้งแต่การออกแบบแม่เหล็กตามวัตถุประสงค์การใช้งานไปจนถึงการผลิต ประกอบ ติดตั้ง ทดสอบ และการใช้งานแม่เหล็ก ซึ่งกระบวนการเหล่านี้สามารถนำไปปรับใช้กับแม่เหล็กชนิดอื่นๆ ได้ ทั้งที่เป็นแม่เหล็กถาวร แม่เหล็กไฟฟ้า และแม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด โดยทางสถาบันฯ มีศักยภาพและมีความพร้อมที่จะร่วมมือกับภาคอุตสาหกรรมในการให้คำปรึกษา ฝึกอบรม และถ่ายทอดองค์ความรู้ เพื่อนำไปสู่การผลิตแม่เหล็กที่หลากหลายและการใช้ประโยชน์ในวงกว้าง ซึ่งจะช่วยเพิ่มมูลค่าให้กับอุตสาหกรรมแม่เหล็กที่มีอยู่เดิมภายในประเทศ ลดการพึ่งพาเทคโนโลยีขั้นสูงจากต่างประเทศ และช่วยเพิ่มขีดความสามารถในการแข่งขันของภาคอุตสาหกรรมไทยในระดับสากล

เทคโนโลยีแม่เหล็กขั้นสูงนี้ สามารถนำไปประยุกต์ใช้ในด้านอื่นๆ นอกเหนือจากเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอน ได้แก่ เครื่องเร่งอนุภาคสำหรับการรักษาด้วยอนุภาคบำบัด การฉายรังสีอาหารและผลิตผลทางการเกษตรและการปรับปรุงสมบัติของวัสดุด้วยไอออน รวมทั้งเป็นเครื่องมือในงานวิจัยทางด้านฟิสิกส์พลังงานสูง และฟิสิกส์อะตอม โมเลกุล และทัศนศาสตร์ ซึ่งสิ่งเหล่านี้ล้วนมีส่วนช่วยในการพัฒนาประเทศ ทั้งทางด้านคุณภาพชีวิตเศรษฐกิจ และการพัฒนาทางด้านวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี

แม่เหล็ก

โครงสร้างของแม่เหล็กที่สำคัญสำหรับเครื่องเร่งอนุภาค ได้แก่ แม่เหล็ก 2 ขั้ว (Dipole) ทำหน้าที่เลี้ยวเบนลำอิเล็กตรอนให้เคลื่อนที่เป็นวงกลม แม่เหล็ก 4 ขั้ว (Quadrupole) ทำหน้าที่โฟกัสหรือบีบลำอิเล็กตรอนให้เล็กลง และแม่เหล็ก 6 ขั้ว (Sextupole) ทำหน้าที่แก้ไข ผลที่เกิดขึ้นจากการที่พลังงานของอิเล็กตรอนมีความคลาดเคลื่อนไปจากค่าที่ออกแบบ ช่วยให้อิเล็กตรอนที่มีพลังงานต่างกันถูกโฟกัสที่จุดเดียวกัน แม่เหล็กเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นจากการพันขดลวดทองแดงรอบแกนแม่เหล็กที่มีการผลิตให้มีรูปร่างเฉพาะสำหรับแม่เหล็กแต่ละประเภท เรียกว่า แม่เหล็กไฟฟ้า สนามแม่เหล็กถูกสร้างขึ้นโดยการจ่ายกระแสไฟฟ้าให้กับขดลวด ซึ่งเป็นไปตามกฎของแอมแปร์ การปรับค่าความเข้มสนามแม่เหล็กสามารถทำได้โดยการปรับค่ากระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้แก่ขดลวด