STKC 2553

เทระเฮิรตซ์ : การเห็นที่ไม่ธรรมดา

บุญสม พรเทพเกษมสันต์
กลุ่มวิจัยและพัฒนานิวเคลียร์

นับตั้งแต่รังสีเอกซ์ได้ถูกค้นพบและนำมาใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ เป็นต้นมา การเห็นของคนเราได้แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง กระเป๋าเดินทางใบน้อยใหญ่ทั้งหลาย เมื่อลำเลียงผ่านเครื่องฉายรังสีเอกซ์ สามารถเห็นได้ทะลุปรุโปร่งว่ามีการแอบซุกซ่อนอาวุธ หรือของมีคมไปหรือไม่ การตรวจวินิจฉัยโครงกระดูกหรืออวัยวะภายใน ไม่ว่าจะเป็นกระเพาะ ลำไส้ ปอด ตับ รังสีเอกซ์ช่วยได้มาก แต่คลื่นเทระเฮิรตซ์ จะนำเราไปสู่การเห็นที่น่าสนใจยิ่งกว่า

เทระเฮิรตซ์ เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ครอบคลุมย่านความถี่ตั้งแต่ 0.3-10 เทระเฮิรตซ์ (1 เทระเฮิรตซ์ เท่ากับ 1012 เฮิร์ท) มีสมบัติเช่นเดียวกับคลื่นวิทยุที่สามารถทะลุผ่านวัสดุต่าง ๆ หลากหลายชนิด อาทิ พลาสติก ไวนิล กระดาษ ไขมัน ไม้ หิน เซรามิก หมอก เฆม ควัน และวัตถุเป็นผงคล้ายแป้ง แต่วัสดุที่ไม่สามารถทะลุผ่าน ได้แก่ โลหะต่าง ๆ และ น้ำ นอกจากนี้ เทระเฮิรตซ์ ยังสามารถแสดงภาพลักษณ์ (images) ของวัตถุหรือสิ่งของที่เคลื่อนที่ทะลุผ่านได้อีกด้วย ซึ่งเป็นสมบัติเดียวกับรังสีเอกซ์ที่เราคุ้นเคย ข้อแตกต่างจากรังสีเอกซ์ คือ เทระเฮิรตซ์ ไม่ทำอันตรายต่อสิ่งของที่มัน เคลื่อนที่ผ่านด้วยการกระตุ้นด้วยรังสี (irradiation)

ด้วยเหตุที่เทระเฮิรตซ์ เป็นคลื่นที่อยู่ในย่านการส่งผ่าน (transmission) และการดูดกลืน (absorption) ปานกลาง ดังนั้นภาพลักษณ์ที่แสดงด้วยเทระเฮิรตซ์จึงแตกต่างจากที่แสดงด้วยรังสีเอกซ์ โดยรายละเอียดของภาพลักษณ์จาก เทระเฮิรตซ์จะชัดเจนกว่า ดัวแสดงในภาพที่ 1 ผลพริกแดงแห้งและกุ้งแก้วที่ผ่านด้วยเทระเฮิรตซ์ แสดงการเรียงตัวของ เมล็ดพริกภายในอย่างชัดเจนและแสดงเนื้อเยื่อของกุ้งแก้วภายในเปลือกกุ้งได้อย่างดี ในขณะที่เราจะไม่เห็นภาพเช่นนี้ ได้จากรังสีเอกซ์ เนื่องจากรังสีเอกซ์มีอำนาจการทะลุผ่านที่สูงกว่า หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งรังสีเอกซ์มีความแรงหรือ ความเข้มที่มากกว่า จึงผ่านเปลือกชั้นนอกของผลพริกแดงแห้งและกุ้งแก้วไปพร้อม ๆ กับเมล็ดพริกเล็ก ๆ บาง ๆ และเนื้อเยื่อกุ้งแก้วแห้ง ๆ บาง ๆ ในเวลาเดียวกัน

ถ้าจะอธิบายให้ง่ายขึ้น ก็เปรียบเหมือนกับเราขีดเส้นสีชมพูจาง ๆ บาง ๆ ลงบนกระดาษขาวสะอาด จากนั้นนำแผ่น กระดาษขาวนั้นไปส่องดูที่กลางแสงแดดแผดจ้า จะพบว่าเราแทบไม่เห็นเส้นสีชมพูจาง ๆ นั้นเลยหรือเห็นเลือนลางเต็มที แต่เมื่อเรานำแผ่นกระดาษขาวแผ่นเดิม มาส่องดูด้วยแสงที่ไม่จัดจ้ามากนัก เรากลับเ ห็นเส้นสีชมพูจาง ๆ ได้ชัดเจนขึ้น

การใช้ประโยชน์จากเทระเฮิรตซ์ มีอยู่หลายด้าน ดังนี้

  • ทางการแพทย์ ใช้ตรวจสอบความหนาแน่นของเนื้อเยื่อที่อาจกลายเป็นมะเร็ง ด้วยการอาศัยสมบัติที่เทระเฮิรตซ์ ทะลุผ่านไขมันได้ดีแต่ทะลุผ่านน้ำไม่ได้ จึงใช้ตรวจสอบเนื้อเยื่อที่มีไขมันสูงแต่น้ำต่ำ หรือในทางกลับกัน ในการ ใช้เทระเฮิรตซ์เพื่อตรวจวินิจฉัย แพทย์ไม่ต้องกังวลผลกระทบที่มีต่อดีเอ็นเอของคนไข้
  • ทางการศึกษาประวัติศาสตร์ ใช้ตรวจสอบหลักฐานชิ้นส่วนทางประวัติศาสตร์และโบราณคดี ซึ่งบ่อยครั้งชิ้นส่วน ที่พบเหล่านี้อยู่ในสภาพถูกเคลือบหรือโบกทับด้วยสีหรือปูน เพื่อปิดบังอำพรางจากศัตรูหรืออาจถูกทำลายด้วย ฝีมือผู้รุกรานเอง
  • ทางการสื่อสาร เนื่องจากเทระเฮิรตซ์สามารถเคลื่อนที่ได้ในระยะไกลและยังสามารถทะลุผ่านเมฆ หมอก และไอน้ำบาง ๆ ได้ จึงนำมาใช้ในการสื่อสารระหว่างยานอวกาศกับสถานีบนพื้นโลก หรือระหว่างดาวเทียมกับ ดาวเทียม
  • ทางการอุตสาหกรรม ใช้ตรวจสอบหีบห่อ บรรจุภัณฑ์ โดยเฉพาะสินค้าที่มีน้ำเป็นองค์ประกอบ เช่น ในอุตสาหกรรมอาหาร ซึ่งส่วนใหญ่ใช้บรรจุภัณฑ์ที่เป็นแผ่นฟิล์มลามิเนต (laminate film) ซึ่งปิดผนึกให้สนิท ด้วยความร้อน โดยผ่านเครื่องจักรบรรจุและปิดผนึกอัตโนมัติ อย่างไรก็ตาม ในสายพานของการผลิตด้วย เครื่องจักร บรรจุภัณฑ์บางชิ้นอาจปิดผนึกไม่เรียบร้อย มีรอยรั่วซึม ซึ่งเป็นสาเหตุหนึ่งของการบูดเน่า ไม่ถูกสุขอนามัย คลื่นเทระเฮิรตซ์ที่ยิงผ่านบรรจุภัณฑ์พลาสติกเหล่านี้ จะแสดงรอยรั่วซึมได้อย่างชัดเจน แม้ว่า บรรจุภัณฑ์นั้นจะมีรอยรั่วซึมเพียงเล็กน้อย เทระเฮิรตซ์สามารถแสดงผลได้ถูกต้องและรวดเร็ว
  • ทางการรักษาความปลอดภัย ในปัจจุบันนี้ ปัญหาการลักลอบนำสารเสพติดผ่านเข้าหรือออกระหว่างประเทศ มีมากขึ้นและซับซ้อนขึ้น การตรวจจับจึงกระทำได้ยาก โดยเฉพาะการลักลอบส่งผ่านทางไปรษณีย์ด้วยการบรรจุ ในซองจดหมาย จากการทดลองปรากฏว่า สารประกอบแต่ละชนิดที่ผ่านคลื่นเทระเฮิรตซ์ จะดูดกลืนคลื่นที่ความถี่ แตกต่างกันและเป็นลักษณะเฉพาะของสารประกอบแต่ละชนิด ไม่ซ้ำกัน กล่าวอีกนัยหนึ่ง คือ สารประกอบแต่ละ ชนิดจะมีลายพิมพ์นิ้วมือ (fingerprint) ของตนเอง สารประกอบเหล่านี้ เช่น สารเสพติด ยาผิดกฎหมายบางชนิด (illicit drugs) ยากระตุ้นต่าง ๆ (stimulant drugs) และสารผลิตระเบิด จากการศึกษา พบว่า ขณะนี้สามารถเก็บ ลายพิมพ์นิ้วมือไว้ได้มากกว่า 20 ชนิด ในฐานข้อมูลของ National Research Institute of Police Science ประเทศญี่ปุ่น
ตัวอย่างดังแสดงในภาพที่ 2 ซองจดหมายทำด้วยกระดาษความหนา 10 มม. ซึ่งดูจากภายนอกเป็นซองจดหมายปกติ ธรรมดาทั่วไป แต่ภายในมีถุงพลาสติกขนาดเล็ก 3 ใบ ซึ่งบรรจุ สาร MDMA แอสไพริน และเมตาแอมเฟตามีน เมื่อผ่าน ด้วยเครื่องกำเนิดเทระเฮิรตซ์ (ภาพที่ 3) จะเห็นความแตกต่างกัน คือ สาร MDMA จะให้แสงสีเหลือง แอสไพริน แสงสีน้ำเงิน และเมตาแอมเฟตามีน ให้แสงสีแดง นับเป็นการตรวจสอบโดยไม่ต้องเปิดซองออกดู

การพัฒนาเครื่องกำเนิดเทระเฮิรตซ์ ให้มีราคาที่ถูกลงจนสามารถนำมาใช้งานได้อย่างแพร่หลาย จะเป็นจริงได้ในอนาคต อันใกล้ ซึ่งจะเป็นอีกหนึ่งตัวช่วย ที่ทำให้คนเราเห็นในสิ่งที่ตนเองไม่คาดคิดว่าจะได้เห็น ด้วยเหตุนี้ในรายงานบางฉบับ จึงแทบจะยกให้เทระเฮิรตซ์เป็นของวิเศษไปทีเดียว แต่เราอย่าได้ตื่นเต้นจนหลงลืมไปว่า แท้ที่จริงแล้วการเห็นด้วย ปัญญา (ปัญญาสมาธิ) ต่างหากเล่า ที่เป็นการเห็นที่วิเศษล้ำเลิศยิ่งกว่าเครื่องมือใด ๆ

(Terahertz: Imaging Comes of Age, The Japan Journal Vol.5, No. 8)