ปฏิบัติการ “ชี้โพรง” สแกนสุขภาพต้นไม้ด้วยรังสีแกมมา

วิศวกรนิวเคลียร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬา พัฒนาอุปกรณ์สแกนต้นไม้ด้วยรังสีแกมมาแห่งเดียวในประเทศไทย สแกนลำต้นและรากไม้ ชี้ตำแหน่งโพรงในต้นไม้ที่อาจเสี่ยงโค่นล้ม ตรวจสอบคุณภาพสถาปัตยกรรมที่ทำจากไม้ และมุ่งพัฒนาเครื่องมือเพื่อตรวจสอบได้ละเอียดแม่นยำยิ่งขึ้น

เมืองต้องการต้นไม้ใหญ่เพื่อให้ร่มเงา ฟอกอากาศ กรองฝุ่น และเติมทัศนียภาพงดงามและความมีชีวิตชีวาให้เมือง แต่บ่อยครั้งเราจะได้ยินข่าวเหตุต้นไม้โค่นล้มเมื่อมีพายุและลมแรง สร้างความเสียหายให้กับทรัพย์สินและชีวิตผู้คน

การป้องกันและเลี่ยงเหตุร้ายดังกล่าวคงไม่ใช่การโค่นหรือตัดต้นไม้ แต่อยู่ที่การตรวจสอบสุขภาพของต้นไม้อย่างสม่ำเสมอเพื่อรักษาต้นไม้ให้ยืนต้นแข็งแรงต่อไป ซึ่งการสังเกตสุขภาพต้นไม้จากภายนอกด้วยตาเปล่า – ดูกิ่งก้านใบ อาจไม่พอ เพราะ “ข้างนอกสดใส ข้างในอาจเป็นโพรง”

ดร.มนัสวี เลาะวิธี หนึ่งในทีมอาจารย์และนิสิตจากภาควิชาวิศวกรรมนิวเคลียร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ได้ร่วมกันพัฒนาอุปกรณ์สำหรับสแกนภายในต้นไม้โดยใช้รังสีแกมมา เพื่อตรวจสอบสุขภาพ ชี้โพรง และวัดความหนาแน่นของเนื้อไม้ เป็นแห่งแรกและแห่งเดียวในประเทศไทย และนับตั้งแต่ปี 2564 ทีมวิศวกรนิวเคลียร์ จุฬาฯ ได้ใช้อุปกรณ์ดังกล่าวตรวจสุขภาพต้นไม้ใหญ่ในจุฬาฯ ภายใต้โครงการสำรวจ วิเคราะห์ และติดตามต้นไม้ขนาดใหญ่ เพื่อเฝ้าระวังในพื้นที่จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ระยะที่ 1 (Chula Big Tree Project: Phase 1) และให้บริการตรวจสุขภาพต้นไม้ในหลายพื้นที่ของกรุงเทพมหานคร เช่น ต้นไม้ใหญ่ในบริเวณซอยสมคิด ระหว่างเซ็นทรัลเอ็มบาสซีและเซ็นทรัลชิดลม รวมทั้งให้บริการตรวจสอบคุณภาพไม้ที่ใช้ในการก่อสร้างอาคารหรือสถาปัตยกรรม เช่น การตรวจสอบไม้สักที่จะใช้ทำศาลาประชาคมที่อาคารรัฐสภา (เกียกกาย) และล่าสุดทางภาควิชาได้รับการติดต่อจากสำนักการวางผังและพัฒนาเมือง กทม. เพื่อหารือสำหรับวางแผนประยุกต์ใช้เทคโนโลยีตรวจสอบโพรงภายในต้นไม้ ในการตรวจสอบสถาปัตยกรรมที่ทำจากไม้ เช่น เสาชิงช้า

รังสีแกมมาชี้โพรงต้นไม้ได้อย่างไร

อาจารย์ ดร.มนัสวีอธิบายการเลือกใช้รังสีแกมมาสำหรับปฏิบัติการชี้โพรงต้นไม้

“รังสีแกมมามีลักษณะเหมือนแสง ถ้ามีวัตถุมาบังแสง แสงจะไม่สามารถลอดผ่านไปยังฝั่งตรงข้ามได้ ถ้าไม่มีวัตถุมาบัง แสงก็จะลอดผ่านได้ทั้งหมด รังสีแกมมาก็เช่นกัน”

อาจารย์ ดร.มนัสวีอธิบายว่าถ้าไม่มีวัตถุมากั้นระหว่างต้นกำเนิดรังสีแกมมา (Source) แล้วนำหัววัดรังสี (Radiation Detector) มาวัดปริมาณรังสี ก็จะได้ปริมาณรังสีที่ค่อนข้างมาก แต่หากมีวัตถุมาบังต้นกำเนิดรังสี ปริมาณรังสีที่ตรวจพบ จะมากหรือน้อยก็ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติและความหนาของวัตถุนั้น ๆ ว่าสามารถลดทอนรังสีได้มากน้อยเท่าใด

“วัสดุโลหะและวัสดุที่มีเลขอะตอมสูง เช่น ตะกั่ว มีคุณสมบัติในการลดทอนรังสีแกมมาได้ดี หากนำมาคั่นกลางระหว่างต้นกำเนิดรังสีและหัววัดรังสี ก็จะบดบังปริมาณรังสีไปได้เกือบทั้งหมด จึงอาจจะไม่พบปริมาณรังสีที่หัววัดรังสี ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับความหนาของวัสดุนั้นๆด้วย” อาจารย์ ดร.มนัสวียกตัวอย่าง “แต่หากไม่มีวัตถุอะไรมาบังรังสี แสดงว่าบริเวณนั้นเป็นอากาศทั้งหมด หัววัดรังสีก็จะอ่านปริมาณรังสีได้ทั้งหมด”

ความแตกต่างของการทะลุทะลวงวัตถุนี่เอง เป็นที่มาของการใช้รังสีแกมมาในการหาตำแหน่งของโพรงในต้นไม้ หรือที่เรียกว่า การส่งผ่านรังสีแกมมา (Gamma Transmission Technique) เพื่อวัดปริมาณรังสีหลังจากที่ทะลุผ่านต้นไม้

“ต้นไม้ที่มีความหนาแน่นสูง เนื้อไม้ครบถ้วน จะบังรังสีแกมมาได้ทั้งหมด ถ้าเกิดต้นไม้มีโพรงอยู่ภายใน ก็เหมือนไม่มีวัตถุมาบังรังสี เราก็จะอ่านค่ารังสีได้ และรู้ได้ว่าบริเวณใดของต้นไม้มีโพรง” ดร.มนัสวีอธิบาย

สำหรับต้นกำเนิดรังสีแกมมาที่ใช้ในการตรวจโพรงต้นไม้ ดร.มนัสวีกล่าวว่ามาจากซีเซียม 137 แม้จะเป็นธาตุที่มาจากธรรมชาติแต่ก็หาทั่วไปไม่ได้ เพราะเป็นธาตุที่ต้องควบคุมอันตรายจากรังสี จึงต้องซื้อจากหน่วยงานที่ได้รับอนุญาตจากผู้ควบคุมคือสำนักงานปรมาณูเพื่อสันติเท่านั้น

อุปกรณ์ “ชี้โพรง” สแกนสุขภาพต้นไม้

การตรวจสุขภาพต้นไม้ที่มีการทำอยู่ทั่วไปใช้เครื่องมือที่เรียกว่า Resistograph ซึ่งต้องมีการเจาะต้นไม้ แม้จะบอกได้ว่าต้นไม้มีโพรง แต่ก็เป็นการทำลายต้นไม้และส่งผลในระยะยาว แต่การสแกนด้วยรังสีแกมมาโดยทีมวิศวกรนิวเคลียร์ จุฬาฯ เป็นการตรวจสอบโดยไม่มีการเจาะอุปกรณ์ใด ๆ เข้าไปในเนื้อไม้เลย

เครื่องมือส่งผ่านรังสีแกมมาเพื่อตรวจสุขภาพต้นไม้ ออกแบบโดยนิสิตปริญญาโท ภาควิชาวิศวกรรมนิวเคลียร์ ประกอบด้วย 3 ส่วน ได้แก่   

1. อุปกรณ์กำเนิดรังสีที่จะอยู่ในตัว shielding เป็นทรงกระบอก มีรู
2. หัววัดรังสี เป็นอุปกรณ์ทรงกระบอกที่จะนับวัดรังสี
3. อุปกรณ์เครื่องกล ซึ่งจะติดตั้งรอบต้นไม้

“เราต้องติดตั้ง และจัดวางต้นกำเนิดรังสีและตัววัดรังสีให้อยู่ในแนวเดียวกันรอบต้นไม้ เพื่อให้รังสีทะลุผ่านต้นไม้มาถึงหัววัดปริมาณรังสี ซึ่งเรื่องนี้ เราใช้ระดับน้ำวัด alignment หลังจากนั้นอุปกรณ์จะถูกขับเคลื่อนด้วยเฟืองเพื่อให้หัววัดรังสีและต้นกำเนิดรังสีเคลื่อนที่ตั้งแต่ก่อนที่จะเข้าถึงต้นไม้ เข้าสู่ต้นไม้ และทะลุผ่านต้นไม้อีกฝั่งไปพร้อม ๆ กัน เพราะเราต้องการวัดปริมาณรังสีที่เปลี่ยนไป” อาจารย์มนัสวีอธิบาย

อุปกรณ์ต่าง ๆ ทำงานกันเป็นระบบอัตโนมัติ เพียงกดปุ่ม ระบบจะทำงานตั้งแต่ปล่อยรังสีทะลุผ่านต้นไม้และเก็บข้อมูล ซึ่งจะได้ข้อมูล 1 ระนาบ

“พอเราเห็นว่ามีปริมาณรังสีไม่สอดคล้องกับต้นไม้เนื้อตันและสันนิษฐานว่าเป็นโพรง เราก็จะยืนยันด้วยการหมุนอุปกรณ์เป็นมุม 90 องศาที่ตั้งฉากกัน และวัดปริมาณรังสีอีกครั้งเพื่อยืนยันว่าเป็นตำแหน่งเดียวกัน รวมถึงการวัดรังสีในแนวดิ่งเพื่อให้รู้ว่าโพรงอยู่ตรงไหน มีทิศทางอย่างไร และขนาดเท่าไร”  

ชี้โพรงลึกถึงราก

นอกจากอุปกรณ์สแกนลำต้นเพื่อหาโพรงในต้นไม้แล้ว ตั้งแต่ปี 2567 ภาควิศวกรรมนิวเคลียร์ยังได้พัฒนาอุปกรณ์ส่งผ่านรังสีแกมมาให้สามารถดูลักษณะภายใต้ดินบริเวณรากต้นไม้ได้ด้วย

“รากมีความสำคัญมาก รากเป็นตัวที่จะบอกว่าต้นไม้สามารถยืนหยัดอยู่ได้หรือเปล่า” ดร.มนัสวีอธิบาย และเล่าว่าโครงการสแกนรากต้นไม้นี้เป็นความคิดริเริ่มของ รองศาสตราจารย์นเรศร์ จันทน์ขาว ที่มอบหมายให้นิสิตปี 4 ของภาควิชา ทดลองส่งผ่านรังสีแกมมาเพื่อวิเคราะห์ลักษณะภายใต้ดินบริเวณรากต้นไม้

“การสแกนลำต้นใช้อุปกรณ์ต้นกำเนิดรังสี (Source) 1 ตัวและหัววัดรังสี (Detector) 1 ตัว แต่การสแกนรากจะใช้อุปกรณ์ต้นกำเนิดรังสี 1 ตัว โดยมีท่อนำลงไปใต้ดินเพื่อปล่อยรังสีผ่านรากสู่หัววัดรังสี ซึ่งจะมีประมาณ 8 ตัวอยู่บนดิน เพื่อให้ครอบคลุมจำนวนมุมที่ต้องการ” ดร.มนัสวีอธิบายการสแกนรากต้นไม้ และกล่าวว่าการสแกนรากต้นไม้มีความท้าทายมากกว่าการสแกนลำตัน

“การสแกนรากต้นไม้มีความท้าทายเพราะรากมีขนาดเล็ก แม้ต้นไม้จะใหญ่ แต่รากจะมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางไม่เกิน 5-10 ซม.เท่านั้น และรากก็แตกแขนงไปเยอะ รังสีเลยลดทอนไม่มาก เหมือนวัดไม่ได้ว่ามีรากอยู่หรือเปล่า ทำให้ปริมาณของรังสีที่ตรวจจับได้มีความไม่แน่นอน นอกจากนี้ ดินก็เป็นตัวแปรสำคัญ เช่น ดินเหนียว ดินทราย ความร่วนและความชื้นของดิน แปลว่าปริมาณรังสีที่หายไปอาจจะถูกลดทอนด้วยดินไปก่อนที่จะมาถึงรากไม้ด้วยซ้ำ จึงเป็นเรื่องยากของการวัดรังสีในรากต้นไม้”

“สำหรับส่วนนี้ ปัจจุบัน นิสิตยังศึกษาทดลองและวิจัยว่าจะมีวิธีการเซ็ตเครื่องมืออย่างไร เพื่อให้สามารถใช้วัดลักษณะภายใต้ดินได้ การใช้หัววัดหลายหัววัดและมีการหมุนเปลี่ยนตำแหน่งหัววัดจะช่วยแก้ปัญหาดังกล่าวได้ และยังศึกษาเรื่องรังสีที่เข้าสู่หัววัดอาจมีทั้งแบบการทะลุผ่านและการกระเจิงจากวัตถุแล้วตกกระทบเข้าสู่หัววัดในมุมต่างๆ ก็จะให้ความแม่นยำในการวัดมากขึ้น”  

ดูแลสุขภาพของต้นไม้

สุขภาพของต้นไม้จะแข็งแรงหรือไม่ ขึ้นกับว่าโพรงอยู่ตำแหน่งใด ขนาดของโพรงมีขนาดเท่าไร “ถ้าโพรงกินขนาดมากกว่าครึ่งของเนื้อไม้แสดงว่าต้นไม้ไม่แข็งแรง” อาจารย์ ดร.มนัสวีกล่าว

แม้โพรงภายในต้นไม้จะเป็นเครื่องบ่งบอกสุขภาพต้นไม้ แต่ก็ยังมีปัจจัยและสภาพแวดล้อมอื่น ๆ ที่รุกขกรใช้ในการประเมินสุขภาวะต้นไม้ เช่นเนื้อเยื่อเจริญ (Cambium)

“เนื้อเยื่อเจริญเป็นเนื้อเยื่อที่อยู่ส่วนข้างของต้นไม้ ถ้ามีความแข็งแรงพอ ถึงต้นไม้จะมีโพรงขนาดใหญ่ตรงกลางลำต้น เนื้อเยื่อเจริญก็สามารถซัพพอร์ตโครงสร้างของต้นไม้ได้ แต่ถ้าโพรงอยู่ใกล้บริเวณเนื้อเยื่อเจริญหมายความว่าความสามารถของเนื้อเยื่อเจริญที่จะค้ำยันต้นไม้ก็น้อยลงไป”

การดูแลเพื่อรักษาต้นไม้ที่มีโพรงมีหลายวิธี เช่น การใส่ยา ฉีดวัสดุทดแทนลงในโพรง และการใช้ไม้ค้ำยัน

 “ตามหลักการจะต้องมีผู้เชี่ยวชาญมาแจ้งว่าต้นไม้นี้มีลักษณะสุ่มเสี่ยงต่อการเกิดอันตราย หลังจากนั้น เราจะสแกนตรวจดูโพรงต้นไม้เพื่อให้ข้อมูลยืนยัน เมื่อรุกขกรเห็นข้อมูลแล้วบอกว่าต้นไม้อันตรายต้องมีการค้ำยัน ทางฝั่งวิศวกรรมโยธาจะใช้ข้อมูลเรื่องตำแหน่งขนาดโพรง เพื่อค้ำยันต้นไม้ได้ตรงตำแหน่ง และต้องค้ำยันต่อไป ไม่มีทางรักษาหายได้”

พัฒนาเครื่องมือให้ได้มุมที่ละเอียดแม่นยำ

ภาควิชาวิศวกรรมนิวเคลียร์ยังคงพัฒนาอุปกรณ์อย่างต่อเนื่องเพื่อให้เครื่องมือสามารถนับปริมาณรังสีที่ออกมาได้แม่นยำและตรวจสอบตำแหน่งโพรงภายในต้นไม้ได้ละเอียดมากขึ้น เพื่อการบำรุงรักษาต้นไม้ให้คงอยู่ต่อไป

“เมื่อก่อนระบบอุปกรณ์เครื่องกลเป็น belt กึ่งพลาสติกกึ่งยาง ทำให้บางทีเคลื่อนที่ไม่พร้อมกัน ไม่มีความมั่งคง เวลาเคลื่อนที่ไปหนึ่งจุด ต้องกดปุ่ม 1 ครั้งเพื่อเก็บข้อมูล 30 วินาที แล้วค่อยกดปุ่มอีก 1 ครั้งเพื่อเก็บข้อมูลจุดต่อไป”

“สำหรับอุปกรณ์ปัจจุบัน เรานำเอาข้อมูลที่ไปออกหน้างานมาพัฒนาเป็นระบบเครื่องกลที่มีความมั่นคงมากขึ้น ไม่ใช้พลาสติกกึ่งยางแต่เปลี่ยนเป็นเหล็ก ทำให้เครื่องกลเคลื่อนที่ได้แม่นยำและเคลื่อนที่ในระยะสั้น ประมาณ 2 ซม. เราจึงได้ข้อมูลที่ละเอียดมากขึ้น อุปกรณ์สามารถเคลื่อนที่โดยอัตโนมัติด้วย กดปุ่มเดียวก็ทำงานทั้งระบบได้เลย นอกจากนี้ยังควบคุมอุปกรณ์ได้ด้วยมือถือ โดยใช้สัญญาณ wifi ทำให้เจ้าหน้าที่มีระยะห่างจากการวัดรังสีและมีความปลอดภัยมากขึ้น”

ในอนาคต ดร.มนัสวีและทีมพัฒนาการส่งผ่านรังสีแกมมาตั้งใจจะทำให้อุปกรณ์สแกนต้นไม้วัดค่ารังสีได้ละเอียดยิ่งขึ้นและติดตั้งทำงานได้ง่ายขึ้น

“เราอยากทำอุปกรณ์ให้หมุนได้เล็กลงเรื่อย ๆ เป็น 0, 10, 20, 30 องศา มุมมีความละเอียดทำให้ทราบถึงขนาดที่แท้จริงของโพรง เราอยากออกแบบระบบเครื่องกลเป็นจานหมุนที่เปลี่ยนมุมได้และเก็บข้อมูลได้เลยโดยไม่ต้องคอยถอดเปลี่ยนมุมแต่ละมุม ข้อมูลเป็นภาคตัดขวางคล้ายกับการเข้าอุโมงค์ทำ CT Scan สแกนเพียงครั้งเดียวก็รู้ทิศทางของโพรงละเอียดขึ้น”

เทคนิคการส่งผ่านรังสีเป็นหลักการที่ใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรม เช่น รังสีนิวตรอน รังสีเอกซ์ รวมทั้งรังสีแกมมา การออกแบบเครื่องมือให้เหมาะสมกับการใช้งาน การเลือกใช้เครื่องกำเนิดรังสีที่ความทะลุทะลวงมากน้อยอย่างไร การเลือกใช้รังสีให้ตรงกับวัสดุที่จะตรวจสอบ เหล่านี้คือเรื่องที่ภาควิชาวิศวกรรมนิวเคลียร์กำลังศึกษาวิจัยเพื่อพัฒนาบุคลากรและสร้างประโยชน์ให้กับสังคมต่อไป

หน่วยงานที่สนใจการสแกนต้นไม้ด้วยรังสีแกมมา สามารถติดต่อสอบถามได้ที่ภาควิชาวิศวกรรมนิวเคลียร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาฯ โทร. 0-2218-6781
Email: nutech.chula@gmail.com
Facebook:  https://m.facebook.com/NuclearChulaEngineering/       

รับชมบสัมภาษณ์การใช้รังสีแกรมม่าในการสแกนต้นไม้

(Thai University Uses Gamma Rays to Inspect Large Trees)

• Facebook
• Twitter
• Line