ทำไม?อิเล็กตรอนที่เลี้ยวโค้งจึงปลดปล่อย | คมชัดลึก

          จากสัปดาห์ที่ผ่านมา “พี่ฮัมมิ่งเบิร์ด” ได้นำเสนอเรื่องราวของแสงซินโครตรอน....ซึ่งเกิดจากอิเล็กตรอนที่เลี้ยวโค้ง ว่าแต่น้องๆ สงสัยหรือเปล่าคะ ว่า ทำไมต้องเลี้ยวโค้ง ไปทางตรงไม่ได้หรือ ผศ.ดร.ศุภกร รักใหม่” รักษาการผู้ช่วยผู้อำนวยการฝ่ายปฏิบัติการ สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน) จังหวัดนครราชสีมา อธิบายแบบ ง่ายๆ ว่า อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคมีประจุ ซึ่งมีอนุภาคที่เรียกว่า โฟตอนล้อมรอบ

            เมื่ออิเล็กตรอนเลี้ยวโค้งเกิดความเร่งสู่ศูนย์กลางทำให้อนุภาคโฟตอนถูกสลัดออกมา (คล้ายกับการที่ของถูกสลัดออกจากรถยนต์ที่เลี้ยวโค้ง) อนุภาคโฟตอนที่ถูกสลัดออกมาก็คือแสงซินโครตรอน ตอบแบบนักฟิสิกส์ ฟิสิกส์เบื้องหลังการปลดปล่อยแสงซินโครตรอน คือ สมการแม่เหล็กไฟฟ้าของแมกซ์เวลล์ สมการสี่สมการบอกความสัมพันธ์ระหว่างประจุไฟฟ้า ความเร็วของการเคลื่อนที่ของประจุไฟฟ้า สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก

           โดยสามารถแปลสมการเหล่านี้เป็นคำพูดได้ คือ 1.ประจุไฟฟ้าเป็นแหล่งกำเนิดสนามไฟฟ้า 2.ประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสนามไฟฟ้า และเหนี่ยวนำให้เกิดสนามแม่เหล็ก ดังนั้น จึงว่าประจุไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งสนามแม่เหล็กไฟฟ้าก็คือสิ่งที่เราเรียกว่า แสงและอิเล็กตรอนนั้นเป็นประจุไฟฟ้า “อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ ปล่อยแสงเสมอ”

           แสงซินโครตรอน เกิดจากสนามไฟฟ้าในส่วนที่สอง ดังนั้น หากต้องการให้ได้แสงที่เกิดจากสนามไฟฟ้าในส่วนที่สอง นอกจากอิเล็กตรอนต้องมีความเร็วแล้ว ยังต้องมีความเร่งด้วย นี่เป็นเหตุผลที่เราต้องบังคับให้อิเล็กตรอนเลี้ยวโค้ง เนื่องจากในขณะที่เลี้ยวโค้งอิเล็กตรอนจะมีความเร่ง ซึ่งเราเรียกว่าความเร่งสู่ศูนย์กลาง

           เราบังคับให้อิเล็กตรอนเลี้ยวโค้งได้อย่างไร เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านแม่เหล็กจะเกิดแรงในแนวตั้งฉากกับการเคลื่อนที่ เรียกว่าแรงลอเรนทซ์ (Lolentz force) ทำให้อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็นส่วนโค้งวงกลม โดยที่รัศมีความโค้งการเลี้ยวสัมพันธ์กับค่าสนามแม่เหล็กและความเร็วอิเล็กตรอน เมื่อเลี้ยวโค้งอิเล็กตรอนจะปล่อยแสงซินโครตรอนออกมา

            ในวงกักเก็บอิเล็กตรอนของเครื่องกำเนิดแสงสยาม มีแม่เหล็กบังคับเลี้ยว หรือเรียกว่า bending magnet จำนวน 8 ตัว ซึ่งเป็นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สร้างสนามแม่เหล็กโดยใช้ขดลวดพันรอบแกนเหล็ก และจ่ายกระแส 1800 แอมแปร์เข้าขดลวด เพื่อสร้างสนามแม่เหล็กขนาด 1.44 เทสลา ทำให้อิเล็กตรอนเลี้ยวโค้งด้วยรัศมีความโค้ง 2.78 เมตร

           ทำไมจึงต้องเลี้ยวโค้งด้วยความเร็วสูง เมื่ออิเล็กตรอนเลี้ยวโค้งด้วยความเร็วสูงจะเกิดผลตามทฤษฎีสัมพัทธภาพ ทำให้ช่วงเวลาที่อิเล็กตรอนปล่อยแสงนั้นหดสั้นลง ซึ่งทำให้เหมือนกับว่าแสงที่ปลดปล่อยออกมาจากหลายจุดในส่วนโค้งนั้นมาถึงพร้อมกัน ส่งผลทำให้แสงซินโครตรอนเป็นลำกรวยขนาดเล็กที่มีความเข้มสูง ติดตามข้อมูล สถาบันวิจัยแสงซินโครตรอน (องค์การมหาชน)โทรศัพท์ 0-4421-7040 ต่อ 1252