วัสดุกำบังอนุภาคนิวตรอน

นิวตรอน เป็นอนุภาคมูลฐานที่ไม่มีประจุไฟฟ้า จึงไม่เกิดการเลี้ยวเบนในสนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็ก ทำให้การตรวจวัดและการป้องกันนิวตรอนมีขั้นตอนและกรรมวิธีที่ซับซ้อนกว่าการป้องกันรังสีก่อไอออนชนิดอื่นๆ

ปัจจุบันได้มีการศึกษา ค้นคว้าและพัฒนาเทคโนโลยีเกี่ยวกับการใช้ประโยชน์จากอนุภาคนิวตรอนอย่างแพร่หลาย อาทิ เช่น การถ่ายภาพด้วยนิวตรอน การถนอมอาหาร การรักษาโรคมะเร็งในสมอง หรือการวิเคราะห์ธาตุด้วยการอาบอนุภาคนิวตรอน แต่ทั้งนี้ประโยชน์มักจะมาพร้อมกับความเสี่ยงเช่นกัน เนื่องจากอนุภาคนิวตรอนเป็นอนุภาคที่ไม่มีประจุ จึงสามารถผ่านเข้าไปทำอันตรกิริยากับธาตุต่างๆในร่างกาย และส่งผลต่ออวัยวะของมนุษย์ ซึ่งอาจถึงขั้นเสียชีวิตได้

โดยส่วนใหญ่แล้ววัสดุที่นำมาใช้ในการกำบังอนุภาคนิวตรอนนั้น จะเป็นวัสดุที่มีส่วนประกอบของไฮโดรเจนสูง เช่น น้ำ ยางธรรมชาติ คอนกรีต หรือพลาสติกชนิดโพลีเอทีลีน เนื่องมาจากอนุภาคนิวตรอนจะสูญเสียพลังงานในการทำปฏิกิริยากับอนุภาคที่มีมวลใกล้เคียงกับนิวตรอน เช่น ไฮโดรเจนได้ดี

 

ผศ.ดร.เกียรติศักดิ์ แสนบุญเรือง และน.ส.ดลฤดี โตเย็น จากภาควิชารังสีประยุกต์และไอโซโทป คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์ ได้ทำการค้นคว้าวิจัยและพัฒนาวัสดุที่จะนำมาใช้ในการกำบังอนุภาคนิวตรอน โดยพบว่า พาราฟินเป็นหนึ่งในวัสดุกำบังอนุภาคนิวตรอนที่ได้รับความนิยม เนื่องจากพาราฟินมีส่วนประกอบของไฮโดรเจนในปริมาณที่สูง จึงมีความสามารถในการลดทอนพลังงานของอนุภาคนิวตรอนได้ดี และมีต้นทุนในการผลิตไม่สูง โดยทำการทดลองเติมสารโบรอนออกไซด์ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการกำบังอนุภาคนิวตรอน เพราะโบรอนออกไซด์มีความสามารถอันตรกิริยากับนิวตรอนได้ดี ซึ่งทำให้เกิดอนุภาคแอลฟา ซึ่งสามารถกำบังได้ง่ายกว่าอนุภาคนิวตรอน

แต่เนื่องจากพาราฟินมีข้อเสีย คือ ลักษณะที่เปราะและแตกหักง่าย จึงทำการผสมบิทูเมนในพาราฟิน เพื่อเพิ่มความสามารถด้านความแข็งแกร่งต่อการโค้งงอ และความเหนียวของวัสดุกำบังอนุภาคนิวตรอน เนื่องมาจากบิทูเมนเป็นสารประกอบประเภทไฮโดรคาร์บอนที่มีความหนืดสูง และยังสามารถช่วยเพิ่มประสิทธิภาพในการกระจายตัวของโบรอนออกไซด์ที่เติมลงในวัสดุกำบังอนุภาคนิวตรอนให้ดียิ่งขึ้น

ส่วนประกอบ วัสดุกำบังอนุภาคนิวตรอนจากพาราฟินผสมบิทูเมน ประกอบด้วย

  1. พาราฟิน ชนิด sami refined parafin wax 58 ปริมาณ 55-65 % โดยน้ำหนัก
  2. บิทูเมน ชนิด AC60/70 ปริมาณ 2-10% โดยน้ำหนัก และ
  3. ผงโบรอนออกไซด์ (B2O3) ความบริสุทธิ์ 99 % ปริมาณ 30-35 % โดยน้ำหนัก

กรรมวิธีการผลิต

  1. หลอมบิทูเมนชนิด AC60/70 ด้วยอุณหภูมิ 80-100 องศาเซลเซียส จนบิทูเมนหลอมเหลวข้นสีดำ
  2. หลอมพาราฟินชนิด Sami refined paraffin wax 58 ด้วยอุณหภูมิ 60 องศาเซลเซียส จนพาราฟินหลอมเหลว
  3. นำพาราฟินและบิทูเมนผสมให้เข้ากันด้วยเครื่อง magnetic stirrer เป็นเวลา 8-12 นาที ด้วยอุณหภูมิขณะผสม 50-70 องศาเซลเซียส
  4. ผสมโบรอนออกไซด์เข้ากับส่วนผสมจากข้อ 3.
  5. นำส่วนผสมที่ได้เทลงแม่พิมพ์โดยใช้เวลาในการคงรูปและวัสดุมีความเย็นลดลง ประมาณ 1-3 ชั่วโมง

 

วัสดุที่ประดิษฐ์ได้นี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ ในงานด้านความปลอดภัยทางรังสีโดยลดทอนอนุภาคนิวตรอนจากแหล่งกำเนิด ไม่ว่าจะเป็นเครื่องกำเนิดอนุภาคนิวตรอนจากผู้ใช้งาน การป้องกันอันตรายจากผู้ที่อยู่อาศัยใกล้เคียงกับแหล่งกำเนิดอนุภาคนิวตรอน หรือการป้องกันอันตรายจากอนุภาคนิวตรอนในการเรียนการสอน การทำงานวิจัยในสถาบันการศึกษา และสามารถนำไปประยุกต์ใช้ในระดับอุตสาหกรรมต่อไปได้ในอนาคต

ผลการดำเนินงานวิจัย พบว่า ผลิตภัณฑ์วัสดุกำบังอนุภาคนิวตรอนจากพาราฟินผสมบิทูเมน ขนาดกว้าง 30 เซ็นติเมตร ยาว 30 เซ็นติเมตร หนา 1 เซ็นติเมตร สามารถลดทอนจำนวนอนุภาคนิวตรอนได้ถึง 90 เปอร์เซ็นต์ และไม่ก่อให้เกิด รังสีแกมมาเพิ่มขึ้น อันเนื่องมาจากนิวตรอนพลังงานสูง

ที่มาข้อมูล : นิทรรศการผลงานนวัตกรรม งานเกษตรแฟร์ ประจำปี 2560

ศาสตร์แห่งแผ่นดิน ทำกินตามคำพ่อสอน  27 ม.ค – 4 ก.พ. 2560

เจ้าของผลงาน  :      ผศ.ดร.เกียรติศักดิ์ แสนบุญเรือง และน.ส.ดลฤดี โตเย็น

ภาควิชารังสีประยุกต์และไอโซโทป

คณะวิทยาศาสตร์

มหาวิทยาลัยเกษตรศาสตร์

สื่อเผยแพร่  :         ฝ่ายเผยแพร่งานวิจัย

สถาบันวิจัยและพัฒนาแห่ง มก.

โทร. 02 561 1474

e-mail : rdiwan@ku.ac.th

 

ผศ.ดร.เกียรติศักดิ์ แสนบุญเรือง