ทีมนักฟิสิกส์นานาชาติได้เผยแนวคิดในการพัฒนาอุปกรณ์เร่งอนุภาคชนิดใหม่ ที่อาจทำให้การผลิตรังสีเอกซ์ด้วยเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนขนาดใหญ่ระดับสนามฟุตบอล สามารถย่อส่วนลงจนวางบนโต๊ะได้

โดยปกติ เครื่องสร้างรังสีเอกซ์พลังงานสูงที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ศึกษายา วัสดุ หรือเนื้อเยื่อ ต้องใช้เครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนขนาดใหญ่ และมีเพียงไม่กี่แห่งในโลกที่ให้บริการ แต่งานวิจัยที่ได้รับการตีพิมพ์ใน Physical Review Letters เมื่อวันที่ 12 พ.ย. ที่ผ่านมา ได้เผยถึงแนวคิดในการสร้างอุปกรณ์แบบเดียวกันนี้บนชิปเล็ก ๆ ขนาดไม่กี่ไมโครเมตร เปรียบเหมือนการย่อทั้งโรงงานมาวางบนโต๊ะแต่ให้พลังงานได้ใกล้เคียงกัน 

ภายในอุปกรณ์มีสิ่งที่เรียกว่า ไมโครทูป (microtube) ที่เล็กกว่าขนาดเส้นผมและผลิตจากวัสดุนาโน โดยนักวิจัยยิงแสงเลเซอร์ที่หมุนเป็นเกลียวเหมือนสว่านหรือไขควงเข้าไปในท่อนี้ แสงเลเซอร์จะไปกระตุ้นอิเล็กตรอนที่ผนังท่อให้สั่นเป็นจังหวะ จังหวะนี้จะเชื่อมกับแสงกลายเป็นคลื่นชนิดพิเศษที่เรียกว่า Surface Plasmon Polaritons (SPPs) หรือคลื่นลูกผสมระหว่างแสงกับการสั่นของอิเล็กตรอน ซึ่งมีพลังสูงมากถึงระดับเทระโวลต์ต่อเมตร (TV/m) แรงกว่าเครื่องเร่งอนุภาคทั่วไปหลายร้อยเท่า การเกิดคลื่น SPP บริเวณผิวท่อจะเป็นการสร้างสนามพลังงานที่หมุนวนเหมือนลมพายุหมุนในถ้ำแคบ ๆ อิเล็กตรอนที่ผิวท่อจะถูกดึงเข้าไปในสนามพลังงานนี้และถูกบังคับหรือเร่งให้เคลื่อนไปตามเส้นทางหมุนวน การหมุนนี้เป็นระเบียบและเร็วมากจนทำให้อิเล็กตรอนปล่อยรังสีออกมา เรียกว่า Coherent Synchrotron Radiation (CSR) ซึ่งเป็นรังสีที่มีพลังงานสูง มีอำนาจทะลุทะลวงสูง และอยู่ในช่วงรังสีเอกซ์ ทั้งหมดนี้เกิดขึ้นในพื้นที่ขนาดเล็กจิ๋ว แต่ให้พลังงานระดับเดียวกับเครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอนยักษ์ขนาดสนามฟุตบอล

หากเทคโนโลยีนี้ถูกสร้างขึ้นจริง นักวิทยาศาสตร์คาดว่าจะเกิดความเปลี่ยนแปลงสำคัญในหลากหลายสาขาในอนาคต เช่น ในการแพทย์และวินิจฉัยโรค รังสีเอกซ์พลังงานสูงอาจให้ภาพเนื้อเยื่ออ่อน เช่น เต้านม หรือปอด ที่คมชัดโดยไม่ต้องใช้สารทึบรังสี (contrast media) การตรวจสอบโครงสร้างวัสดุระดับนาโนโดยที่ไม่ทำให้ชิ้นงานเสียหาย (non-destructive testing) หรือการวิเคราะห์โครงสร้างของโปรตีนหรือโมเลกุลยาที่สามารถทำได้สะดวกมากขึ้น แทนที่จะต้องรอต่อคิวหรือเดินทางข้ามประเทศเพื่อใช้เครื่องกำเนิดแสงซินโครตรอน เพราะเทคโนโลยีเร่งอนุภาคแบบกะทัดรัดนี้อาจวางในมหาวิทยาลัยหรือห้องทดลองทั่วไปได้

แม้เทคโนโลยีนี้จะน่าตื่นเต้นและการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ (3D PIC simulations) จะให้ผลลัพธ์ที่ชัดเจนแล้ว แต่ก็ยังมีความท้าทายสำคัญ เช่น ต้องสร้างท่อไมโครทิวบ์ที่มีความแม่นยำระดับนาโนเมตร ต้องใช้เลเซอร์ความเข้มสูงและมีความคมของพัลส์สูง เพื่อป้องกันไม่ให้ผิวท่อเกิดพลาสมาก่อนเวลาอันควร ตลอดจนการยืนยันผลทั้งหมดด้วยการทดลองจริง ซึ่งเป็นขั้นตอนถัดไปของทีมวิจัยที่คาดว่าจะเกิดขึ้นได้เร็ว ๆ นี้
 

อ้างอิง

https://www.sciencealert.com/a-radical-new-kind-of-particle-accelerator-could-transform-science
Lei, B., Zhang, H., Seipt, D., Bonatto, A., Qiao, B., Resta-López, J., Xia, G., & Welsch, C. (2025). Coherent Synchrotron Radiation by Excitation of Surface Plasmon Polaritons on Near-Critical Solid Microtube Surface. Physical Review Letters, 135(20), 205001. https://doi.org/10.1103/cnym-16hc