1. แบบรายงานผลโครงการวิจัย
รายงานครั้งที่ 1
ประจำเดือน ตุลาคม - ธันวาคม 2555
แบบรำยงำนโครงกำรวิจัย
ประจำเดือน ธันวำคม พ.ศ. 2555
๑. ชื่อโครงกำร กำรผลิตแผ่นกรองเมมเบรนแทรคเอตช์ด้วยปฏิกิริยำนิวเคลียร์ฟิชชัน
๒. ระยะเวลำดำเนินกำร 2 ปี ปีงบประมาณที่เริ่มต้น 2556 ปีงบประมาณที่แล้วเสร็จ 2557
๓. แหล่งเงินทุน  งบประมาณประจาปี 2556 แหล่งงบประมาณอื่น (ระบุ)...................
- เงินงบประมำณได้รับ 500,000 บำท บำท ใช้ไปสะสม - บำท
- งบดาเนินงาน 500,000 บาท - งบดาเนินงาน บาท
- งบลงทุน - บาท - งบลงทุน บาท
๔. วัตถุประสงค์ของกำรวิจัย (โดยสรุป)
เพื่อผลิตแผ่นกรองเมมเบรนแทรคเอตช์ที่มีรูพรุนขนาดจาเพาะได้ในระดับนาโนเมตรถึงระดับไมโครเมตร
ด้วยฟิล์มพอลิเมอร์โดยใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันจากยูเรเนียมกับนิวตรอนจากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย
๕. แผนกำรดำเนินงำนและผลที่คำดว่ำจะได้รับในแต่ละช่วงเวลำตลอดโครงกำร
การทาแผ่นกรองเมมเบรนแทรคเอตช์ เป็นการใช้นิวตรอนจากเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย ทา
ปฏิกิริยากับยูเรเนียม-235 ในแผ่นฟิชชัน (fission plate) ทาให้เกิดฟิชชันแฟรกเมนต์ที่มีพลังงานสูงจากปฏิกิริยา
นิวเคลียร์ฟิชชัน ซึ่งสามารถเคลื่อนผ่านแผ่นเมมเบรนพอลิเมอร์ ทาให้เกิดรอยแฝงขนาดเล็ก ที่สามารถทาให้เกิด
เป็นรูพรุนได้เมื่อนาไปผ่านกระบวนการล้างกัดรอย (track etching)
ฟิ ล์ ม พอลิ เ มอร์ ที่ ใ ช้ ใ นการทดลองเป็ น ฟิ ล์ ม บางผลิ ต ด้ ว ย Cellulose Acetate (CA),
Polyethersulfone (PES), Polycarbonate (PC), Polyvinylidene fluoride (PVDF),
Polytetrafluoroethylene (PVDF), Polyethylene terephthalate (PET) ซึ่งฟิล์มพอลิเมอร์แต่ละชนิดจะมี
คุณสมบัติในการเกิดรอยของฟิชชันแฟรกเมนต์แตกต่างกัน ใช้สารละลายและวิธีการในการล้างกัดรอยแตกต่าง
กัน
(1) การทดสอบเพื่อหาฟลูเอนซ์ (fluence) ของนิวตรอนในการทาให้เกิดฟิสชชันแฟรกเมนต์ จาก
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน ระหว่างนิวตรอนกับยูเรเนียมในแผ่นฟิ ชชัน ที่ท่ออาบนิวตรอนของ
เครื่องปฏิกรณ์ฯ แต่ละตาแหน่ง
(2) การทดลองเพื่อหาความหนาแน่นและวิธีการกาหนดทิศทางของฟิชชันแทรค (fission track)
ในฟิล์มโพลิเมอร์แต่ละชนิด
(3) การตรวจสอบขนาดและความหนาแน่นของรูพรุนที่เกิดขึ้นโดยใช้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน
กล้องจุลทรรศน์แบบใช้แสงและโปรแกรมวิเคราะห์
(4) การทดสอบกระบวนการล้างกัดรอยฟิชชันแทรคในฟิล์มโพลิเมอร์แต่ละชนิด
(5) การทดสอบคุณสมบัติของแผ่นกรองเมมเบรนแทรคเอตช์ที่ผลิตได้
FM-PP-04 Rev.No : 00 EFF.Date : 15/07/2553

2. ๖ . ผลกำรดำเนินกำร
โครงการวิจั ย การผลิ ตแผ่ น กรองเมมเบรนแทรคเอตช์ ด้ว ยปฏิ กิริ ย านิ ว เคลี ย ร์ฟิ ช ชัน ประจ าปี
งบประมาณ พ.ศ. 2556 ซึงได้เริ่มดาเนินการตั้งแต่ 1 ตุลาคม – 31 ธันวาคม 2555 โดยมีรายละเอียดดังนี้
่
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน เป็นปฏิกิริยาที่นิวเคลียสของธาตุหนักแตกออกเป็นนิวเคลียสที่เล็กลง ซึ่ง
อาจแตกออกเอง (spontaneous fission) เนื่องจากความไม่เสถียร เช่น แคลิฟอร์เ นียม-252 (Cf-252) หรือแตก
ออกเมื่อได้รับเทอร์มัลนิวตรอน เช่น ยูเรเนียม-235 (U-235) และพลูโตเนียม-239 (Pu-239) หรือแตกออกเมื่อ
ได้รับนิวตรอนเร็ว (fast neutron) เช่น ยูเรเนียม-238 (U-238) และทอเรียม-232 (Th-232) เมื่อนิวเคลียสของ
ยูเรเนียม-235 ได้รับเทอร์มัลนิวตรอน จะกลายเป็นนิวเคลียสประกอบ (compound nucleus) ของยูเรเนียม-
236 (U-236) ในเวลาสั้น ๆ จากนั้นจะแตกออกเป็นสองเสี่ยง เรียกว่า ฟิชชันแฟรกเมนต์ (fission fragment)
พร้อมกับปลดปล่อยพลังงาน รังสี และนิวตรอนออกมา ดัง Fig. 1 และตัวอย่างการเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิ
ชชันระหว่างยูเรเนียม-235 กับนิวตรอน ในสมการที่ (1)
U-235 + n  2n + Kr-92 + Ba-142 + พลังงาน (1)
การเกิดปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันของยูเรเนียม-235 แต่ละครั้ง จะปลดปล่อยพลังงานออกมา
ประมาณ 200 MeV โดยพลังงานส่วนใหญ่ ประมาณร้อยละ 85 เป็นพลังงานจลน์ของฟิชชันแฟรกเมนต์ ส่วนที่
เหลือเป็นพลังงานของรังสี อนุภาคและนิวตรอน ดัง Table 1
Fig. 1. Uranium-235 fission process.

3. Table 1 Average energy of fission fragments, radiation, and particle from U-235 fission reaction.
Type Average energy (MeV)
Prompt energy:
Fission fragment kinetic energy 169.1
Prompt neutron 4.8
Prompt gamma-ray 7.0
Fission products:
Beta particle 6.5
Delayed gamma-ray 6.3
Non-fission prompt-neutron capture 8.8
Anti-neutrino 8.8
Total energy 211.3
ฟิชชันแฟรกเมนต์จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชัน มีมวลเฉลี่ยประมาณ 118 แต่ส่วนใหญ่จะมีมวลไม่
เท่ากัน โดยแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม ซึ่งมีมวลประมาณ 95 และ 137 amu ดัง Fig. 2
Fig. 2. Fission fragment mass distribution from Uranium-235.
ฟิชชันแฟรกเมนต์ เป็นอนุภาคมีประจุและมีพลังงานสูง เมื่อเคลื่อนที่ผ่านวัสดุที่เป็นฉนวน เช่น ผลึ ก
แก้ว หรือโพลิเมอร์ จะถ่ายเทพลังงานให้กับตัวกลางที่เคลื่อนที่ผ่านและทาให้เกิดรอยแฝง (latent track) ขนาด
เล็ก เมื่อล้างกัดรอย (track etching) ในสารละลายกรดหรือด่างเข้มข้น จะทาให้วัสดุตัวกลางละลายออก โดย
ส่วนที่เกิดรอยแฝงมีอัตราการละลายสูงกว่าบริเวณที่ไม่เกิดรอย ทาให้รอยแฝงมีขนาดใหญ่ขึ้นในระดับนาโนเมตร
ถึงไมโครเมตรจนสามารถสังเกตได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ โดยขนาดของรอยแปรผันตามชนิดและความเข้มข้นของ
สารละลายที่ ใ ช้ ล้ า งกั ด รอย รวมทั้ ง อุ ณ หภู มิ แ ละเวลาที่ ใ ช้ ใ นการล้ า งกั ด รอย ถ้ า ใช้ วั ส ดุ ที่ เ ป็ น ฟิ ล์ ม บาง
(membrane film) การล้างกัดรอยแฝงอาจทาให้ตัวกลางเป็นรูทะลุผ่านทั้งสองด้านได้ ดัง Fig. 3 ซึ่งแผ่นฟิล์มที่
มีรูขนาดเล็กเหล่านี้อาจจะถูกนาไปใช้ประโยชน์เป็นแผ่นกรองสารเคมีต่าง ๆ ได้

4. Fig. 3. Charged particles creating tracks inside a non-conducting material (a), the tracks can
be enlarged via an edging process (b) and a prolonged etching can make the two
cones connect (c).
ในช่วงต้นของโครงการวิจัย ได้ทาการบันทึกรอยฟิชชันแฟรกเมนต์จากปฏิกิริยานิวเคลียร์ฟิชชันของ
นิวตรอนกับยูเรเนียม-235 ด้วยแผ่นฟิล์มโพลิเมอร์ 2 ชนิด ได้แก่ ฟิล์ม CR-39 (polyallyl diglycol carbonate,
PADC) มีความหนา 0.5 มิลลิเมตร และฟิล์มโพลิคาร์บอเนต (polycarbonate) มีความหนา 12 ไมโครเมตร
และใช้ยูเรเนียมจากสารประกอบยูเรเนียมที่อยู่ในรูปของแอมโมเนียมไดยูเรเนต (ammonium diuranate) มี
สูตรโมเลกุลเป็น (NH4)2U2O7 และใช้เทอร์มัลนิวตรอนจากท่ออาบเทอร์มัลคอลัมน์ (thermal column) ของ
เครื่องปฏิกรณ์ปรมาณูวิจัย ปปว.-1/1 ซึ่งมีฟลักซ์ของเทอร์มัลนิวตรอน 4.33 × 1010 นิวตรอนต่อตาราง
เซนติเมตรต่อวินาที ทาการทดลองโดยประกบแผ่นแอมโมเนียมไดยูเรเนตกับฟิล์มโพลิเมอร์ และอาบนิวตรอนใน
ท่ออาบเทอร์มัลคอลัมน์ด้วยเวลา 10 วินาที 20 วินาที 30 วินาที 40 วินาที และ 50 วินาที
Fig. 4. Ammonium diuranate compound (left) and the thermal column facility (right).
ฟิล์มโพลิเมอร์ที่อาบนิวตรอนแล้ว ล้างกัดรอยในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) ความเข้มข้น
6 นอร์มัล อุณหภูมิ 60 เซลเซียส เป็นเวลา 1 ชั่วโมง สังเกตรอยอนุภาคของฟิชชันแฟรกเมนต์บนฟิล์มแต่ละชิ้น
ด้วยกล้องจุลทรรศน์

5. จากการทดลองพบว่า แผ่นฟิล์ม CR-39 และฟิล์มโพลิคาร์บอเนต ที่ล้างกัดรอยในสารละลายโซเดียมไฮ
ดรอกไซด์ ความเข้มข้น 6 นอร์มัล อุณหภูมิ 60 เซลเซียส เป็นเวลา 1 ชั่วโมง สามารถสังเกตรอยของฟิชชันแฟรก
เมนต์ ได้ดัง Fig. 5 และ Fig. 6 ตามลาดับ โดยรอยอนุภาคของฟิชชันแฟรกเมนต์บนฟิล์ม CR-39 มีเส้นผ่าน
ศูนย์กลาง 1 ไมโครเมตร และมีความยาวประมาณ 15 ไมโครเมตร ขณะที่รอยอนุภาคของฟิชชันแฟรกเมนต์บน
ฟิล์มบางโพลิคาร์บอเนต มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.3 ไมโครเมตร และมีความยาวประมาณ 11.5 ไมโครเมตร โดย
รอยอนุภาคบางส่วนเป็นรูทะลุผ่านระหว่างผิวฟิล์มบางแต่ละด้าน
Fig. 5. Fission-fragment tracks on CR-39 films by varying the irradiation time.
Fig. 6. Fission-fragment tracks on polycarbonate films by varying the irradiation time.

6. Fig. 7. The track density on the polymer film with neutron fluence.
นอกจากนี้ยังพบว่า เมื่อเพิ่มเวลาในการอาบนิวตรอนในท่ออาบเทอร์มัลคอลัมน์ของเครื่องปฏิกรณ์
ปรมาณูวิจัยฯ ทาให้ฟลูเอนซ์ของนิวตรอนเพิ่มขึ้นและความหนาแน่นของรอยฟิชชันแฟรกเมนต์บนฟิล์มมีค่า
สูงขึ้น (Table 2) โดยมีความสัมพันธ์เชิงเส้นตรงทั้งในฟิล์ม CR-39 และฟิล์มบางโพลิคาร์บอเนต ดังกราฟใน
Fig. 7 ซึ่งมีค่าสัมประสิทธิ์การเกิดรอยฟิชชันแฟรกเมนต์ 7 × 10-7 รอยต่อนิวตรอน สาหรับฟิล์ม CR-39 และ
มีค่า 4 × 10-7 รอยต่อนิวตรอน สาหรับฟิล์มบางโพลิคาร์บอเนต
Table 2 Fission-fragment track densities on CR-39 film and polycarbonate film.
Fission tracks on
Neutron irradiation Neutron fluence Fission tracks on CR-39
polycarbonate film
time (sec) (n cm-2) film (track cm-2)
(track cm-2)
10 4.33 × 1011 491,243 333,959
11
20 8.66 × 10 973,867 504,170
12
30 1.29 × 10 1,180,706 614,053
12
40 1.73 × 10 1,637,475 838,129
12
50 2.16 × 10 1,715,040 1,032,040
จากผลการทดลองพบว่า ชนิดของฟิล์ม มีผลต่อการเกิดรอยและขนาดของรอยฟิชชั่นแฟรกเมนต์
และความหนาแน่ น ของรอยสามารถควบคุ ม ได้ โ ดยการก าหนดเวลาในการอาบนิ ว ตรอน ซึ่ ง ทั้ ง นี้ ขึ้ น อยู่
วัตถุประสงค์ในการใช้งานแผ่นฟิล์ม ในการทดลองขั้นต่อไป จะได้ทาการศึกษาการเกิดรอยฟิชชันแฟรกเมนต์ด้วย
ฟิล์มชนิดอื่น รวมทั้งศึกษาความสัมพันธ์ของเงื่อนไขการล้างกัดรอยกับขนาดของรอยบนแผ่นฟิล์มต่อไป
ร้อยละความก้าวหน้าของปีงบประมาณ 20 %
ร้อยละความก้าวหน้าสะสม 20 % (กรณีเป็นโครงการต่อเนื่อง)

7. ๗. ปัญหำและอุปสรรค และข้อเสนอแนะเพื่อแก้ไขปัญหำ
-
๘. กำรจัดทำรำยงำนฉบับสมบูรณ์ และ กำรเผยแพร่ผลงำนหรือกำรนำผลงำนวิจัยไปใช้ประโยชน์
กำรจัดทำรำยงำนฉบับสมบูรณ์
จัดทาแล้ว อยู่ระหว่างจัดทา  ยังไม่ได้ดาเนินการ
กำรใช้ประโยชน์ (กาเครื่องหมาย  ได้มากกว่า 1 ข้อ)
จดสิทธิบัตร / อนุสิทธิบัตร
ดาเนินการแล้ว*โปรดสาเนา 1 ฉบับ ส่งคืนพร้อมแบบสรุปรายงานนี้
อยู่ในระหว่างดาเนินงาน
ส่งข้อมูลให้หน่วยงานอื่นไปใช้ประโยชน์ (ระบุหน่วยงาน)………………………………………
กำรเผยแพร่ผลงำน
นาเสนอในการประชุมวิชาการ
ในประเทศ (ระบุการประชุม/วัน เดือน ปี ที่นาเสนอ)…………………………………
ต่างประเทศ (ระบุการประชุม/วัน เดือน ปี ที่นาเสนอ)…………………………………
ตีพิมพ์ในวารสาร ระบุชื่อวารสาร…………………………………………………………………
จัดทาข่าวเสนอผ่านสื่อ (ระบุประเภทสื่อ/วัน เดือน ปี)…………………………………………..
…………………………………………………………………………………………………….
เผยแพร่ผลงานใน Intranet Internet
๙. ร้อยละควำมพึงพอใจของผู้นำผลงำนวิจัยไปใช้ประโยชน์
………-…………………………………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………………………………………...
…………………………………………………………………………………………………………………………...
ลงชื่อ …………………………………………….
(นำยวิเชียร รตนธงชัย)
หัวหน้ำโครงกำร