อ้างอิง

1.https://www.researchgate.net/publication/228663007_The_Use_of_Robotics_and_Automation_in_Nuclear_De
commissioning
2.State of the Art Technology for Decontamination and Dismantling of Nuclear facilities, IAEA Tech. rep. 395,
1999

เมื่ออิเล็กตรอนตกกระทบเป้าโลหะจะปลดปล่อยพลังงานออกมา ส่วนหนึ่งเป็นรังสีเอกซ์ที่ออกมาทางช่องหน้าต่างของหลอด อีกส่วนหนึ่งเป็นความร้อนที่แท่งโลหะ การใช้งานจำเป็นต้องระบายความร้อนออกจากแท่งโลหะเพื่อไม่ให้เกิดการหลอมละลาย การแก้ปัญหาจึงมีการใช้เป้าโลหะแบบแท่นหมุนเพื่อกระจายความร้อน แต่หากใช้งานต่อเนื่องเป็นเวลานานอาจต้องหยุดพักเพื่อลดความร้อนของเป้าไม่ให้เกิดความเสียหาย รวมทั้งจำกัดการใช้ความเข้มของอิเล็กตรอนเพื่อผลิตรังสีเอกซ์ที่มีความเข้มสูงมาก

รูปที่ 1 หลอดรังสีเอกซ์แบบ Static anode และแบบ Rotating anode หลอดรังสีเอกซ์แบบใช้โลหะเจทเป็นการแทนที่ส่วนของโลหะที่ใช้เป็นแอโนดหรือเป้าของอิเล็กตรอนจากเดิมใช้โลหะแข็งเปลี่ยนโลหะเหลวเจท การใช้โลหะเหลวเป็นแอโนดเป็นการแก้ปัญหาการยิงอิเล็กตรอนที่กำลังสูงหรือเป็นเวลานานจะทำให้แอโนดมีความร้อนสูงจนหลอมละลายได้ เมื่อใช้อิเล็กตรอนที่มีความเข้มสูงขึ้นทำให้สามารถผลิตรังสีเอกซ์ที่ความเข้มสูงขึ้นเช่นกัน

รูปที่ 2 เปรียบเทียบการใช้แอโนดแบบโลหะแข็งกับแอโนดเป็นโลหะเจทกำลังของหลอดรังสีเอกซ์ในการให้อิเล็กตรอนเพื่อผลิตรังสีเอกซ์ถูกจำกัดจากความร้อนที่สูงของขั้วแอโนด สำหรับขั้วแอโนดหลอดรังสีเอกซ์แบบเดิมต้องรักษาอุณหภูมิให้ต่ำกว่าจุดหลอมเหลว เพื่อไม่ให้เกิดความเสียหาย ส่วนการใช้แอโนดเป็นโลหะเหลวไม่จำเป็นต้องกังวลเรื่องจุดหลอมเหลว เพราะแอโนดมีสภาพหลอมเหลวอยู่แล้วโดยมีการหมุนเวียนโลหะเหลวด้วยอัตราเร็วเกือบ 100 เมตรต่อวินาที การเพิ่มกำลังให้กับหลอดรังสีเอกซ์จะมีผลกับความกว้างของลำอิเล็กตรอน ดังนั้น เมื่อใช้แอโนดเป็นโลหะเหลวทำให้เพิ่มกำลังได้มากขึ้น และเมื่อโฟกัสลำอิเล็กตรอนให้เล็กลง จะทำให้ได้รังสีเอกซ์ที่มีความเข้มสูงมาก

 สเปกตรัมของโลหะเหลว
In order to reach different X-ray emission lines, different metal alloys are used. First generation metal-jet sources feature metal alloys that are molten at more or less room temperature. Still, several alloys have emission characteristics similar to regular solid anodes. Future upgrades can also include alloys with higher melting points.

โลหะเหลวที่ใช้ทำแอโนดเป็นโลหะอัลลอยด์ที่มีสภาพเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง ตัวอย่างเช่นอัลลอยด์ของแกลเลียม เป็นโลหะผสมแกลเลียม (Ga) ให้รังสีเอกซ์ Kα พลังงาน 9.2 keV ซึ่งใกล้เคียงกับ Kα ของทองแดง (Cu) ที่พลังงาน 8.0 keV อัลลอยด์ของอินเดียม เป็นโลหะผสมอินเดียม (In) ให้รังสีเอกซ์ Kα พลังงาน 24.2 keV ซึ่งใกล้เคียงกับ Kα ของเงิน (Ag) ที่พลังงาน 22.1 keV

รูปที่ 3 สเปกตรัมรังสีเอกซ์จากเป้าโลหะเหลวที่ใช้อัลลอยด์แกลเลียมและอินเดียม

คุณภาพของลำรังสี
การพัฒนาของอุปกรณ์โฟกัสรังสีและการใช้แคโทดเป็น LaB6 ซึ่งมีความเข้มสูง การโฟกัสลำอิเล็กตรอนและการไหลของโลหะเหลวที่สม่ำเสมอ ทำให้ได้ลำรังสีเอกซ์ขนาดเล็กที่มีความเข้มสูงและสม่ำเสมอโดยลำรังสีปรับขนาดได้ตามต้องการ สามารถทำให้เป็นจุดเล็กๆ หรือปรับสัดส่วนของลำรังสีก็ได้

รูปที่ 4 การกระจายความเข้มของรังสีเอกซ์ที่ใช้เป้าเป็นโลหะเหลว
การทดสอบความเสถียรของตำแหน่งรังสีเอกซ์ พบว่า ลำรังสีมีความเสถียรสูง ในรูปแสดงจุดภาพลำรังสีเอกซ์ที่ใช้เวลามากกว่า 24 ชั่วโมง มีความเบี่ยงมาตรฐานน้อยกว่า 0.1 μm

เทคโนโลยีโลหะเจททำให้ลดเวลาในการถ่ายภาพด้วยรังสีเอกซ์โดยยังได้ภาพที่คมชัด ทำให้ได้ผลทั้งความเที่ยงตรงและมานยำในงานด้านการวิเคราะห์ ทำให้ขนาดลำรังสีของการใช้ไมโครโฟกัสรังสีเอกซ์จากเส้นผ่าศูนย์กลาง 5 μm ลดลงมาเหลือไม่ถึง 1 μm การใช้แอโนดของหลอดรังสีเอกซ์แบบโลหะเหลวเจทจึงเหนือกว่าการใช้แอโนดเป็นโลหะแข็งแบบเก่า

https://www.excillum.com/products/metaljet/

https://www.nist.gov/system/files/documents/pml/div683/conference/12_espes.pdf

วัสดุเพียโซอิเล็กทริคเมื่อได้รับแรงกดหรือแรงกระแทกจะทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ในทางกลับกันเมื่อได้รับ กระแสไฟฟ้าก็จะเกิดการสั่น ตัวอย่างผลึกของสารประกอบที่มีสมบัติ
เพียโซอิเล็กทริค ได้แก่Barium Titanate,  Lead Titanate, Lead Zirconate Titanate, Sodium/Potassium Niobate ตัวอย่างการนำมาใช้งานได้แก่  เครื่องจุดเตาแก๊ส ลำโพง ไมโครโฟน 

ผลึกของวัสดุเพียโซอิเล็กทริคให้กระแสไฟฟ้าเมื่อได้รับแรงกดหรือแรงดึง (a) และการใช้ผลึกเพียโซอิเล็กทริค ในการจุดไฟ (b) [1] วัสดุไพโรอิเล็กทริคจะให้กระแสไฟฟ้าเมื่อทำให้ร้อนขึ้นหรือเย็นลง ผลึกของสารประกอบที่มีสมบัติไพโรอิเล็กทริค ได้แก่Tourmaline, gallium nitride, cesium nitrate (CsNO3), polyvinyl fluorides (PVDF), phenyl  pyridine, cobalt phthalocyanine, lithium tantalate (LiTaO3), lithium niobate (LiNbO3) การที่ อุณหภูมิเปลี่ยนไปทำให้ผลึกปล่อยกระแสฟ้าออกมาจึงนำไปใช้ในเครื่องวัดอุณหภูมิ เครื่องตรวจจับการเคลื่อนไหว เครื่องเตือนไฟไหม้ 

การใช้ผลึกวัสดุไพโรอิเล็กทริคในเทอร์โมมิเตอร์ (a) และใช้ในเซนเซอร์ตรวจจับการเคลื่อนไหว (b) [2] หลอดรังสีเอกซ์เป็นหลอดสุญญากาศมีแหล่งจ่ายไฟศักย์สูงด้านขั้วลบให้กับขดลวดทังสเตนและขั้วบวกให้กับเป้า โลหะ เมื่อจ่ายไฟให้กับหลอด ขดลวดที่ร้อนจะให้อิเล็กตรอนออกมาและถูกแรงดึงดูดทางไฟฟ้าดึงให้เคลื่อนที่เข้า กระทบขั้วบวก ซึ่งจะถูกหน่วงด้วยสนามไฟฟ้าของเป้าโลหะทำให้ปลดปล่อยรังสีเอกซ์แบบต่อเนื่องหรือรังสีเอกซ์ เบรมสตราห์ลุงออกมาโดยพลังงานของรังสีเอกซ์แปรตามพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนซึ่งแปรตามความต่าง 

ศักย์ไฟฟ้าของหลอดเพลเทียร์ (peltier) เป็นอุปกรณ์ที่ใช้หลักการเพลเทียร์ (peltier effect) เมื่อโลหะที่เป็นเทอร์โมคัปเปิลสองชนิดต่อ กันและได้รับกระแสไฟฟ้า ความร้อนจะถูกพาไปด้านหนึ่งทำให้อีกด้านเย็นลง วัสดุที่สามารถทำให้เกิด peltier  effect มีหลายชนิด ส่วนใหญ่ใช้บิสมัทเทลลูไรด์ (Bi2Te3) โดยนำมาใช้ในการลดอุณหภูมิ เช่น ตู้เย็นขนาดเล็ก ลด ความร้อนของ cpu ในคอมพิวเตอร์  

การทำงานของหลอดรังสีเอกซ์ (a) การทำงานของเพลเทียร์ (b) [3] เมื่อแทนที่ขดลวดทังสเตนในหลอดรังสีเอ๊กซ์ด้วยผลึกไพโรอิเล็กทริคที่ให้ความร้อนหรือความเย็นด้วยเพลเทียร์  (Peltier) จะทำให้มีความต่างศักย์สูงและเกิดอิเล็กตรอนอิสระเคลื่อนที่เข้าตกกระทบเป้าโลหะที่เป็นขั้วบวกและ ปลดปล่อยรังสีเอกซ์ออกมา  

การผลิตรังสีเอกซ์ด้วยไพโรอิเล็กตริค (LiTaO3) ตามรูปที่ 5 (a) ใช้เพลเทียร์ในการเพิ่ม-ลดอุณหภูมิของผลึกไพโรอิ เล็กทริคโดยวางอยู่ด้านตรงข้ามกับแผ่นทองแดง ทั้งหมดบรรจุอยู่ในตัวถังที่มีแก๊สความดันต่ำ มีช่องให้รังสีเอกซ์ออก ปิดด้วยเบริลเลียม ผลึกไพโรอิเล็กทริคจะเกิดโพลาไรเซชันหรือขั้วของผลึกหันไปทางเดียวกันเมื่อมีการเปลี่ยนแปลง อุณหภูมิ การทำงานจึงมีการเพิ่มและลดอุณหภูมิสลับกันเป็นรอบด้วยการสลับขั้วไฟฟ้าของเพลทียร์ 

เมื่อเพลเทียร์ให้ความเย็นกับผลึกไพโรอิเล็กทริค (Cooling phase) จะเกิดโพลาไรเซชั่นของผลึกโดยผิวหน้าผลึกเป็น ขั้วลบและปล่อยอิเล็กตรอนตกกระทบแผ่นทองแดง ทำให้เกิดรังสีเอกซ์ที่มีพีคของทองแดง ดังรูปที่ 5 (b) จากนั้น เพลเทียร์จะให้ความร้อน (Heating phase) ทำให้ผิวหน้าผลึกเป็นขั้วบวกซึ่งจะดึงอิเล็กตรอนจากแก๊สรอบๆ ให้ตก กระทบผลึกทำให้เกิดรังสีเอกซ์ที่มีแทนทาลัมของผลึกออกมา ดังรูปที่ 5 (c) เมื่อวัดรังสีเอกซ์ต่อเนื่องกันจะได้ สเปกตรัมรวมดังรูปที่ 5 (d) 

การผลิตรังสีเอกซ์ด้วยผลึกไพโรอิเล็กทริคไม่จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟฟ้าความต่างศักย์สูง (High voltage power  supply) แต่ใช้ความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นเนื่องจากขั้วไฟฟ้าของผลึกเอง ทำให้เป็นอุปกรณ์ผลิตรังสีเอกซ์ที่ใช้พลังงาน ไฟฟ้าต่ำและมีอุปกรณ์ไม่ซับซ้อน

การผลิตรังสีเอกซ์จากวัสดุไพโรอิเล็กทริค (a) สเปกตรัมรังสีเอกซ์ของทองแดงที่เป็นเป้าโลหะ (b)[4] 

อ้างอิง

https://sites.google.com/site/smartmaterialswebsite/home/6-01-standard-one-foundations-for leadership/standard-2-contextual-understanding
https://www.avnet.com/wps/portal/abacus/resources/article/adapting-pir-sensor-technology to-new-applications/  https://www.researchgate.net/publication/334236635_A_Review_on_Energy_Harvesting_Supplying _Wireless_Sensor_Nodes_for_Machine_Condition_Monitoring
https://www.amptek.com/internal-products/obsolete-products/cool-x-pyroelectric-x-ray generator

ท่อนาโนคาร์บอน (Carbon nanotubes, CNT) เป็นท่อคาร์บอนขนาดเล็กระดับนาโนเมตร มีคุณสมบัติด้านความแข็งแรง ทนความร้อน ทนสารเคมี มีค่าการนำไฟฟ้าและนำความร้อนที่สูงมาก สามารถปล่อยอิเล็กตรอนจากส่วนปลายเมื่ออยู่ในสนามไฟฟ้า

รูปที่ 1 แผนภาพหลอดรังสีเอกซ์ (a) ภาพถ่ายท่อนาโนคาร์บอนถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด[2]ท่อนาโนคาร์บอน สามารถนำไปประยุกต์ใช้กับอุปกรณ์ทางอิเล็กทรอนิกส์แบบนาโนได้หลากหลาย รวมถึงการใช้เป็นตัวจ่ายอิเล็กตรอนในหลอดรังสีเอกซ์ เครื่องมือวิเคราะห์ด้วยวิธีเรืองรังสีเอกซ์ (X-ray fluorescence, XRF) หรือเครื่องมือวิเคราะห์ด้วยวิธีเลี้ยวเบนรังสีเอกซ์ (X-ray diffraction, XRD) และการที่ท่อนาโนคาร์บอนมีความเสถียรจึงเหมาะที่จะนำมาใช้เป็นตัวจ่ายอิเล็กตรอนเพื่อผลิตรังสีเอกซ์เนื่องจากมีความทนทานต่อศักย์ไฟฟ้าแรงสูงโดยให้กระแสได้สูงกว่า 100mA การผลิตท่อนาโนคาร์บอนด้วยกระบวนการ resist-assisted patterning (RAP) บนแผ่นซิลิกอน โดยทำเป็น

แผ่นของท่อนาโนคาร์บอนเป็นวงรีขนาด 2.0 × 0.5 mm2 การทดสอบคุณสมบัติการให้อิเล็กตรอนโดยใช้ศักย์ไฟฟ้า 3 V/μm ทำให้ได้กระแส 0.1 mA เมื่อนำไปใช้งานถ่ายภาพด้วยรังสี
เอกซ์สามารถให้ภาพถ่ายที่มีความคมชัดสูง

รูปที่ 2 ภาพถ่ายด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน (a) ชุดของท่อนาโนคาร์บอนรูปวงรีขนาด 2.0 mm × 0.5 mm ขึ้นรูปด้วยกระบวนการ RAP (b) ภาพขยายของแถวท่อนาโนคาร์บอนขนาดจุดละ 3 μm ยาว 15 μm (c) ภาพขยายกลุ่มของท่อนาโนคาร์บอนรูปกรวยคว่ำ

การใช้ท่อนาโนคาร์บอนผลิตรังสีเอกซ์
ชุดท่อนาโนคาร์บอนเมื่อนำมาประกอบในเครื่องกำเนิดรังสีเอกซ์พบว่า ขนาดโฟกัสของลำรังสีเอกซ์ขึ้นกับการจัดตำแหน่งของ emitter รูปที่ 3(a) แสดงแผนภาพของเครื่องกำเนิดรังสีเอกซ์ โดยอิเล็กตรอนจากท่อนาโนคาร์บอนถูกดึงด้วย gate electrode จากนั้นอิเล็กตรอนถูกโฟกัสไปตกกระทบ anode และให้รังสีเอกซ์ออกมา ระยะทางระหว่างโมลิบดินัมที่เป็นแอโนดกับ gate อยู่ที่ 8 มิลลิเมตร การถ่ายภาพด้วยรังสีเอกซ์ใช้ความต่างศักย์ที่แอโนด 50 kV กระแสที่แคโทด 0.5 mA โดยสนามไฟฟ้าที่ gate มีค่า 4 V/μm ถ่ายภาพหน่วยความจำแบบ RAM ของคอมพิวเตอร์ได้ดังรูปที่ 3(b)

รูปที่ 3 แสดงแผนภาพการใช้งานท่อนาโนคาร์บอนในหลอดรังสีเอกซ์ (a) และภาพถ่ายด้วยรังสีเอกซ์ของ RAM ใช้ความต่างศักย์ 50 kV กระแส 0.5 mA ใช้เวลา 3 วินาที (b) ตั้งแต่การค้นพบรังสีเอกซ์โดย Wilhelm Conrad Röentgen ในปี 1895 หลอดรังสีเอกซ์ใช้ลวดโลหะในการจ่ายอิเล็กตรอนเพื่อผลิตรังสีเอกซ์มาโดยตลอด ซึ่งมีข้อจำกัดด้านขนาดที่ใหญ่ การให้ความร้อนสูง การตอบสนองที่ช้าและสิ้นเปลืองพลังงาน การใช้ท่อนาโนคาร์บอนในการจ่ายอิเล็กตรอนสำหรับผลิตรังสีเอกซ์เป็นการลดข้อจำกัดดังกล่าว ทำให้สามารถผลิตรังสีเอกซ์ความเข้มสูงสามารถใช้ในงาน microfocus X-ray ทั้งด้านการถ่ายภาพด้วยรังสีและงานวิเคราะห์

1. Carbon Nanotube Electron Emitter for X-ray Imaging https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5449000/
2. http://what-when-how.com/nanoscience-and-nanotechnology/smart-nanotubes-for-biotechnology-and-biocatalysis-part-1-nanotechnology/

• จ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง 20 – 150 kV กำลังไฟฟ้า 2 – 120 kW มีได้ทั้งแบบจ่ายไฟให้ขั้วเดียว หรือ จ่ายให้ทั้งสองขั้วแคโทดและแอโนด
• จ่ายกระแสไฟฟ้าเพื่อฮีทขดลวดขั้วแคโทดให้ปลดปล่อยอิเล็กตรอน
• จ่ายกระแสไฟฟ้าให้แม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อโฟกัสลำอิเล็กตรอนและกำหนดขนาดลำเอ็กตรอนกระทบเป้า (focal spot)
• แหล่งจ่ายไฟให้แก่มอเตอร์เพื่อหมุนขั้วแอโนดสำหรับหลอดรังสีเอ็กซ์แบบ rotating anode
• มีส่วนวัดและแสดงผลของแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้า
• มีส่วน user interface และส่วนควบคุม Total dose, Dose rate, Tube current, Tube voltage
• มีฟังก์ชันด้านความปลอดภัย เช่น แสดงผลอุณหภูมิของหลอดรังสีเอ็กซ์, ป้องกันการอาร์ก, ฟิวส์ เป็นต้น

การวางแผนและการดำเนินโครงการ แบ่งออกเป็น 3 ระยะ ได้แก่

ระยะที่ 1  โครงการรื้อถอนและขนย้ายเครื่องเร่งอนุภาค แบ่งออกเป็น 2 เครื่อง ได้แก่
เครื่องที่ 1 รุ่น Clinac 600SR จากโรงพยาบาลรามาธิบดี กรุงเทพฯ มายัง สทน.องครักษ์ นครนายก
เครื่องที่ 2 รุ่น Novalis   จากโรงพยาบาลวัฒโนสถ กรุงเทพฯ มายัง สทน.องครักษ์ นครนายก
ดำเนินโดยเจ้าหน้าที่ของ ศว., ศป., ศร., ศท., วพ. ร่วมกับผู้เชี่ยวชาญด้านเครื่องเร่งอนุภาคทางการแพทย์

ระยะที่ 2  โครงการติดตั้งเครื่องเร่งอนุภาค ห้องใต้ดินอาคาร 14 สทน.องครักษ์ ได้แก่
เครื่องที่ 1 รุ่น Clinac   (1995)  มีอายุการใช้งานกว่า 20 ปี จึงตั้งไว้เพื่อศึกษาและสำรองอะไหล่
เครื่องที่ 2 รุ่น Novalis (2005)  มีอายุการใช้งานน้อยกว่า ติดตั้งใช้งานในห้องเครื่องเร่งอนุภาค  

ดำเนินโดยเจ้าหน้าที่ของ ศว., ศร. ร่วมกับผู้เชี่ยวชาญด้านเครื่องเร่งอนุภาคทางการแพทย์
ระยะที่ 3  โครงการปรับปรุงห้องควบคุมเครื่องเร่งอนุภาคและสร้างกำแพงกำบังรังสี ดำเนินโดยเจ้าหน้าที่ของ ศว., ศร., ร่วมกับผู้เชี่ยวชาญด้านเครื่องเร่งอนุภาคทางการแพทย์

การรื้อถอนเครื่องเร่งอนุภาคโรงพยาบาลรามาธิบดี     เครื่องเร่งอนุภาคติดตั้งห้องใต้ดินอาคาร 14 สทน.องครักษ์หลังจากดำเนินโครงการเสร็จสิ้นทั้ง 3 ระยะแล้ว จึงได้จัดประชุมเชิงปฏิบัติการ โดย ศว. ร่วมกับ ศส. ที่ปรึกษาด้านเครื่องมือนิวเคลียร์ของ สทน. อาจารย์สุวิทย์ ปุณณชัยยะ ภาควิชาวิศวกรรมนิวเคลียร์ จุฬาลงกรณมหาวิทยาลัย และผู้เชี่ยวชาญเครื่องเร่งอนุภาคจากบริษัท Varian ประเทศไทย ในการปรับปรุงระบบและซ่อมบำรุงเครื่องเร่งอนุภาค จนสามารถกลับมาทำงานได้ กล่าวได้ว่าเป็นเครื่องแรกของประเทศไทยที่มีการรื้อถอนแล้วขนย้ายมาติดตั้งใช้งานได้อีก

หุ่นยนต์ในตัวอย่างที่สองเรียกว่า Brokk ซึ่งเป็นหุ่นยนต์แบบรีโมทคอนโทรล การใช้รีโมทคอนโทรลจะทําให้ผู้ปฏิบัติงานสามารถสั่งการจากระยะไกลที่เป็นระยะปลอดภัยจากรังสีสูง
หุ่นยนต์ Brokk มีความแข็งแรง ทั้งในตัวโครงสร้างและระบบขับเคลื่อน ทําให้สามารถทํางานประเภทรื้อ ถอนได้ และก็มีขนาดเล็กพอที่จะเข้าไปในพื้นที่อาคารได้คล่องตัว Brokk ใช้แหล่งพลังงานจากไฟฟ้าผ่านสายไฟ ในส่วนของปลายแขนกลออกแบบให้สามารถเปลี่ยนเครื่องมือได้ เพื่อให้สะดวกในการรื้อถอนภารกิจที่ต่างกัน ในปัจจุบัน หุ่นยนต์ประเภทนี้เป็นที่นิยมใช้ในภารกิจด้านการรื้อถอนทางนิวเคลียร์และรังสี

นอกจากทั้ง 3 ตัวอย่างข้างต้นแล้ว ก็ยังมีหุ่นยนต์ที่ถูกสร้างขึ้นมาเพื่อใช้งานเฉพาะทางโดยการผสานระหว่างเครื่องมือกับระบบรีโมทคอนโทรลเพื่อใช้ในงาน decommissioning เช่น RODDIN หุ่นยนต์ที่ใช้ในการตัดท่อและเหล็ก SCHILLING TITAN หุ่นยนต์ไฮโดรลิก 2 แขนที่ใช้ในการรื้อชิ้นส่วนของเครื่องปฏิกรณ์, ตัดท่อ, รวมไปถึงงานยกแท็งค์น้ํา และ ARTISAN หุ่นยนต์สั่งการระยะไกลที่มีความทนทานรังสี มีระบบแขนกลที่สร้างมาสําหรับงานหนักโดยเฉพาะ เพื่อใช้ในงาน Decommissioning และการจัดการกากกัมมันตรังสี

ตัวอย่างที่สามเป็นหุ่นยนต์แบบอเนกประสงค์แบบ LMF เรียกว่า LMF Light Manipulator Vehicle ซึ่ง LMF นี้ ออกแบบโดย CYBERNETIX และใช้งานโดย Kerntechnisch HilfsdientGmgh ประเทศเยอรมนี เพื่อเป็นหุ่นยนต์ที่ใช้ได้ทั้งในการจัดการพื้นที่หลังเกิดอุบัติเหตุทางรังสีหรือใช้งานในภาวะปกติในโรงงานนิวเคลียร์ LMF มีความทนทานต่อรังสี และสั่งงานด้วยระบบรีโมทคอนโทรล ใช้ในการวัดปริมาณรังสี (radiationmonitoring) การตรวจสอบ (radiation inspection) ทั้งภายในและภายนอกอาคาร ตัว LMF มีความทนทานต่อรังสี เชสซีสามารถขยับได้ทําให้สามารถใช้งานได้แม้ในสภาวะหลุมบ่อหรือบันได ประกอบด้วย 3 แขน (manipulator) และติดตั้งกล้องวีดีโอ 4 ตัว2

อ้างอิงจาก
https://www.researchgate.net/publication/228663007_The_Use_of_Robotics_and_Automation_in_Nuclear_Decommissioning
www.khmbh.de

หุ่นยนต์หลายประเภทที่ใช้ในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ซึ่งลดการสัมผัสกับสิ่งที่จะเป็นอันตรายต่อมนุษย์
การแผ่รังสี เช่น อัลฟา เบต้าและแกมมา แม้ว่าหุ่นยนต์เหล่านี้จะมีราคาแพง แต่มีข้อดีมากมายได้แก่ เพิ่มผลผลิต มีประสิทธิภาพและคุณภาพ สามารถทำงานในสภาพแวดล้อมที่เป็นอันตราย ไม่ต้องการความสะดวกสบายด้านสิ่งแวดล้อม สามารถทำงานได้อย่างต่อเนื่อง มีความแม่นยำในการทำซ้ำได้ตลอดเวลา มีความแม่นยำมากกว่ามนุษย์ เป็นต้น

ปัจจุบันหุ่นยนต์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในงานอุตสาหกรรมนิวเคลียร์เพื่อดำเนินการ
ทำงานอัตโนมัติและงานซ้ำซากหรืองานที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ ความสำคัญประการแรกคือการใช้หุ่นยนต์สามารถทำกำไรได้คือแรงจูงใจในการเปลี่ยนจากมนุษย์ทำงานประจำมาเป็นหุ่นยนต์ทำงานในระบบอัตโนมัติประการที่สองความปลอดภัยของมนุษย์และกฎระเบียบเป็นปัญหาที่ไม่ควรละเลย ในวิทยาศาสตร์นิวเคลียร์การป้องกันคนงานกลายเป็นตัวเร่งในการพัฒนาหุ่นยนต์

ความปลอดภัยของมนุษย์เป็นเรื่องสำคัญที่สุดในสภาพแวดล้อมกัมมันตภาพรังสี มนุษย์มีแนวโน้มที่จะเป็นอันตรายผลกระทบต่อสุขภาพ เช่นมะเร็ง โรคมะเร็งถือได้ว่าเป็นโรคหลักที่ส่งผลกระทบต่อสุขภาพส่วนใหญ่เกิดจากการฉายรังสี รังสีสามารถนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในดีเอ็นเอเรียกว่าการกลายพันธุ์ การกลายพันธุ์สามารถส่งต่อการกลายพันธุ์ต่อทารกในครรภ์ ทางพันธุกรรมการกลายพันทางพันธุกรรมมักส่งต่อไปยังลูกหลาน ปัญหาเหล่านี้คือปัญหาสุขภาพที่มนุษย์ต้องเผชิญในสภาพแวดล้อมกัมมันตภาพรังสีหากไม่ใช้หุ่นยนต์

https://www.researchgate.net/publication/261097609_Application_of_Robots_in_Radioactive_Environment_A_Review ]]> https://elibrary.tint.or.th/%e0%b8%81%e0%b8%b2%e0%b8%a3%e0%b8%9b%e0%b8%a3%e0%b8%b0%e0%b8%a2%e0%b8%b8%e0%b8%81%e0%b8%95%e0%b9%8c%e0%b9%83%e0%b8%8a%e0%b9%89%e0%b8%ab%e0%b8%b8%e0%b9%88%e0%b8%99%e0%b8%a2%e0%b8%99%e0%b8%95%e0%b9%8c/feed/ 0 https://elibrary.tint.or.th/%e0%b9%80%e0%b8%84%e0%b8%a3%e0%b8%b7%e0%b9%88%e0%b8%ad%e0%b8%87%e0%b8%a7%e0%b8%b4%e0%b9%80%e0%b8%84%e0%b8%a3%e0%b8%b2%e0%b8%b0%e0%b8%ab%e0%b9%8c%e0%b9%84%e0%b8%ad%e0%b9%82%e0%b8%8b%e0%b9%82%e0%b8%97/ https://elibrary.tint.or.th/%e0%b9%80%e0%b8%84%e0%b8%a3%e0%b8%b7%e0%b9%88%e0%b8%ad%e0%b8%87%e0%b8%a7%e0%b8%b4%e0%b9%80%e0%b8%84%e0%b8%a3%e0%b8%b2%e0%b8%b0%e0%b8%ab%e0%b9%8c%e0%b9%84%e0%b8%ad%e0%b9%82%e0%b8%8b%e0%b9%82%e0%b8%97/#respond Wed, 29 Sep 2021 08:43:04 +0000 https://insawasd.com/tint/?p=1928 วิเชียร รตนธงชัย
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์
สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน)

น้ำเป็นส่วนประกอบที่สำคัญของสิ่งมีชีวิต และเป็นสิ่งที่เราพบเห็นทั่วไปในชีวิตประจำวัน ซึ่งมีทั้งสถานะที่เป็นของแข็ง ของเหลว และแก๊ส น้ำที่เรานำมาใช้งานส่วนใหญ่อยู่ในสถานะของเหลว พื้นผิวโลก 71% ปกคลุมด้วยน้ำประมาณ 1 360 000 000 ลูกบาศก์กิโลเมตร (km3) โดยเป็นน้ำในมหาสมุทรประมาณ 1 320 000 000 km3 (97.2%) เป็นพืดน้ำแข็ง (ice cap/sheet) และธารน้ำแข็ง (glacier) 25 000 000 km3 (1.8%) เป็นน้ำใต้ดิน 13 000 000 km3 (0.9%) เป็นน้ำจืดในแม่น้ำและทะเลสาบ 250 000 km3 (0.02%) และเป็นไอน้ำในอากาศ 13 000 km3 (0.001%) น้ำมีการเคลื่อนที่เป็นวัฏจักร โดยมีการระเหยเป็นไอขึ้นไปในอากาศ ตกลงมาบนพื้นโลก แล้วไหลกลับลงไปในทะเล ประมาณ 36 เทระตัน (Tt) ต่อปี [1]

น้ำมีสูตรโมเลกุลเป็น H2O ประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 อะตอม กับออกซิเจน 1 อะตอม ไฮโดรเจนมีไอโซโทปเสถียร 2 ไอโซโทป ได้แก่ โปรเทียม (protium : 1H) 99.985% กับ ดิวเทอเรียม (Deuterium : 2H) 0.015% ส่วนออกซิเจน ประกอบด้วยไอโซโทปเสถียร 3 ไอโซโทปได้แก่ 16O (99.759%) 17O (0.037%) และ 18O (0.204%

โมเลกุลของน้ำส่วนใหญ่ประกอบด้วยไอโซโทปที่เบากว่าของออกซิเจน (16O) กับไฮโดรเจน (H) ได้แก่ H216O (มวล=18) ขณะที่น้ำบางส่วนประกอบด้วยไอโซโทปที่หนักกว่าของไฮโดรเจน (2H หรือ D) และออกซิเจน (18O) โดยอาจจะอยู่ในรูป HD16O (มวล=19) H218O (มวล=20) หรือ HD18O (มวล=21) ซึ่งมีมวลมากกว่าน้ำส่วนใหญ่ มวลที่แตกต่างกันนี้ จะทำให้โมเลกุลของน้ำที่เบา ผ่านกระบวนการระเหยเป็นไอได้ดีกว่า ขณะที่น้ำที่มีมวลหนักกว่าจะกลั่นตัวเป็นน้ำได้ดีกว่า แหล่งน้ำแต่ละแห่งจึงมีสัดส่วนของไอโซโทปไฮโดรเจนกับออกซิเจนไม่เท่ากัน และสามารถนำข้อมูลของไอโซโทปในน้ำมาวิเคราะห์หาที่มาของแหล่งน้ำได้

การวิเคราะห์ไอโซโทปของธาตุส่วนใหญ่ใช้เทคนิค Isotope Ratio Mass Spectrometry ซึ่งใช้อุปกรณ์ที่มีราคาสูงและต้องการการบำรุงรักษาสูง แต่การที่ไอโซโทปในน้ำมีมวลที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน ทำให้มีสมบัติการดูดกลืนแสงเลเซอร์ที่แตกต่างกัน จนสามารถใช้เทคนิคสเปกโทรสโกปีเลเซอร์ (Laser Spectroscopy) มาวิเคราะห์สัดส่วนของไอโซโทปแต่ละชนิดในน้ำได้

เครื่องวิเคราะห์สัดส่วนไอโซโทปของน้ำด้วยแสงเลเซอร์ ประกอบด้วย 2 ส่วน ส่วนแรกทำหน้าที่ดูดตัวอย่างน้ำอัตโนมัติ (Autosampler) ครั้งละ 1 ไมโครลิตร ซึ่งบรรจุในขวดขนาด 1 มิลลิลิตร ส่งไปยังส่วนที่สอง ที่เป็นระบบวิเคราะห์การดูดกลืนแสงเลเซอร์ เครื่องวิเคราะห์ไอโซโทปของน้ำสามารถทำงานแบบอัตโนมัติ โดยดูดตัวอย่างน้ำ เพื่อวัดซ้ำตัวอย่างละ 6 ครั้ง ใช้เวลาในการวัดตัวอย่างละ 246 วินาที ผลการวัดจะบันทึกเก็บไว้ในไฟล์ ซึ่งรายงานข้อมูลอุณหภูมิของเครื่องวัด จำนวนโมเลกุลน้ำต่อปริมาตรของตัวอย่าง สัดส่วน HDO/H2O สัดส่วน H218O/ H2O สัดส่วน D/H และสัดส่วน 18O/16O

สัดส่วนไอโซโทปไฮโดรเจนและออกซิเจนในตัวอย่างน้ำ สามารถหาได้โดยการคำนวณเทียบกับสารมาตรฐาน โดยรายงานผลการวิเคราะห์เป็นค่าของเดลตา (δ) คือ δ (2H) และ ?δ?(18O) ในหน่วย permil (?) ซึ่งมีค่าเป็นลบ เนื่องจากมีปริมาณน้อยกว่าสารมาตรฐาน

ผลการวิเคราะห์ค่าเดลตาของไอโซโทป 18O และ 2H ในตัวอย่างน้ำ

เอกสารอ้างอิง

[1] www.usgs.gov

หมายเหตุ
บทความนี้เป็นข้อมูลจากการฝึกอบรมหลักสูตร Installing and Using the Los Gatos Research Laser Instrument for Water Stable Isotope Analysis, 10-14 December 2007, IAEA, Vienna, Austria.