เมืองต้องการต้นไม้ใหญ่เพื่อให้ร่มเงา ฟอกอากาศ กรองฝุ่น และเติมทัศนียภาพงดงามและความมีชีวิตชีวาให้เมือง แต่บ่อยครั้งเราจะได้ยินข่าวเหตุต้นไม้โค่นล้มเมื่อมีพายุและลมแรง สร้างความเสียหายให้กับทรัพย์สินและชีวิตผู้คน ดังนั้น การป้องกันและเลี่ยงเหตุร้ายดังกล่าวคงไม่ใช่การโค่นหรือตัดต้นไม้ แต่อยู่ที่การตรวจสอบ “สุขภาพของต้นไม้” อย่างสม่ำเสมอเพื่อรักษาต้นไม้ให้ยืนต้นแข็งแรงต่อไป ซึ่งการสังเกตสุขภาพต้นไม้จากภายนอกด้วยตาเปล่า ดูกิ่งก้านใบอาจไม่พอ เพราะ “ข้างนอกสดใส ข้างในอาจเป็นโพรง”

ดร.มนัสวี เลาะวิธี หนึ่งในทีมอาจารย์และนิสิตจากภาควิชาวิศวกรรมนิวเคลียร์ คณะวิศวกรรมศาสตร์ จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย ได้ร่วมกันพัฒนาอุปกรณ์สำหรับสแกนภายในต้นไม้โดยใช้ “รังสีแกมมา” เพื่อตรวจสอบสุขภาพ ชี้โพรง และวัดความหนาแน่นของเนื้อไม้ และนับตั้งแต่ปี 2564 ทีมวิศวกรนิวเคลียร์ จุฬาฯ ได้ใช้อุปกรณ์ดังกล่าวตรวจสุขภาพต้นไม้ใหญ่ในจุฬาฯ ภายใต้โครงการสำรวจ วิเคราะห์ และติดตามต้นไม้ขนาดใหญ่ เพื่อเฝ้าระวังในพื้นที่จุฬาฯ ระยะที่ 1 (Chula Big Tree Project: Phase 1) และให้บริการตรวจสุขภาพต้นไม้ในหลายพื้นที่ของ กทม. เช่น ต้นไม้ใหญ่ในบริเวณซอยสมคิด ระหว่างเซ็นทรัลเอ็มบาสซีและเซ็นทรัลชิดลม รวมทั้งให้บริการตรวจสอบคุณภาพไม้ที่ใช้ในการก่อสร้างอาคารหรือสถาปัตยกรรม เช่น การตรวจสอบไม้สักที่จะใช้ทำศาลาประชาคมที่อาคารรัฐสภา (เกียกกาย) และล่าสุดทางภาควิชาได้รับการติดต่อจากสำนักการวางผังและพัฒนาเมือง กทม. เพื่อหารือสำหรับวางแผนประยุกต์ใช้เทคโนโลยีตรวจสอบโพรงภายในต้นไม้ ในการตรวจสอบสถาปัตยกรรมที่ทำจากไม้ เช่น เสาชิงช้า

อาจารย์ ดร.มนัสวี อธิบายการเลือกใช้รังสีแกมมาสำหรับปฏิบัติการชี้โพรงต้นไม้ว่า “รังสีแกมมามีลักษณะเหมือนแสง ถ้ามีวัตถุมาบังแสง แสงจะไม่สามารถลอดผ่านไปยังฝั่งตรงข้ามได้ ถ้าไม่มีวัตถุมาบัง แสงก็จะลอดผ่านได้ทั้งหมด รังสีแกมมาก็เช่นกัน”

เพราะถ้าไม่มีวัตถุมากั้นระหว่างต้นกำเนิดรังสีแกมมา แล้วนำหัววัดรังสี มาวัดปริมาณรังสี ก็จะได้ปริมาณรังสีที่ค่อนข้างมาก แต่หากมีวัตถุมาบังต้นกำเนิดรังสี ปริมาณรังสีที่ตรวจพบจะมากหรือน้อยก็ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติและความหนาของวัตถุนั้นๆว่าสามารถลดทอนรังสีได้มากน้อยเท่าใด

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

ความแตกต่างของการทะลุทะลวงวัตถุนี่เอง เป็นที่มาของการใช้รังสีแกมมาในการหาตำแหน่งของโพรงในต้นไม้ หรือที่เรียกว่า การส่งผ่านรังสีแกมมาเพื่อวัดปริมาณรังสีหลังจากที่ทะลุผ่านต้นไม้

“ต้นไม้ที่มีความหนาแน่นสูง เนื้อไม้ครบถ้วน จะบังรังสีแกมมาได้ทั้งหมด ถ้าเกิดต้นไม้มีโพรงอยู่ภายใน ก็เหมือนไม่มีวัตถุมาบังรังสี เราก็จะอ่านค่ารังสีได้ และรู้ได้ว่าบริเวณใดของต้นไม้มีโพรง” ดร.มนัสวีกล่าวและว่า สำหรับต้นกำเนิดรังสีแกมมาที่ใช้ในการตรวจโพรงต้นไม้ มาจากซีเซียม 137 แม้จะเป็นธาตุที่มาจากธรรมชาติแต่ก็หาทั่วไปไม่ได้ เพราะเป็นธาตุที่ต้องควบคุมอันตรายจากรังสี จึงต้องซื้อจากหน่วยงานที่ได้รับอนุญาตจากผู้ควบคุมคือสำนักงานปรมาณูเพื่อสันติเท่านั้น

การตรวจสุขภาพต้นไม้ที่มีการทำอยู่ทั่วไปใช้เครื่องมือที่เรียกว่า Resistograph ซึ่งต้องมีการเจาะต้นไม้ แม้จะบอกได้ว่าต้นไม้มีโพรง แต่ก็เป็นการทำลายต้นไม้และส่งผลในระยะยาว แต่การสแกนด้วยรังสีแกมมาโดยทีมวิศวกรนิวเคลียร์ จุฬาฯ เป็นการตรวจสอบโดยไม่มีการเจาะอุปกรณ์ใดๆเข้าไปในเนื้อไม้เลย

เครื่องมือส่งผ่านรังสีแกมมาเพื่อตรวจสุขภาพต้นไม้ ออกแบบโดยนิสิตปริญญาโท ภาควิชาวิศวกรรมนิวเคลียร์ ประกอบด้วย 3 ส่วน ได้แก่ 1.อุปกรณ์กำเนิดรังสีที่จะอยู่ในตัว shielding เป็นทรงกระบอก มีรู 2.หัววัดรังสี เป็นอุปกรณ์ทรงกระบอกที่จะนับวัดรังสี และ 3.อุปกรณ์เครื่องกล ซึ่งจะติดตั้งรอบต้นไม้

“เราต้องติดตั้ง และจัดวางต้นกำเนิดรังสีและตัววัดรังสีให้อยู่ในแนวเดียวกันรอบต้นไม้ เพื่อให้รังสีทะลุผ่านต้นไม้มาถึงหัววัดปริมาณรังสี ซึ่งเรื่องนี้ เราใช้ระดับน้ำวัด alignment หลังจากนั้นอุปกรณ์จะถูกขับเคลื่อนด้วยเฟืองเพื่อให้หัววัดรังสีและต้นกำเนิดรังสีเคลื่อนที่ตั้งแต่ก่อนที่จะเข้าถึงต้นไม้ เข้าสู่ต้นไม้ และทะลุผ่านต้นไม้อีกฝั่งไปพร้อมๆกัน เพราะเราต้องการวัดปริมาณรังสีที่เปลี่ยนไป” อาจารย์มนัสวี ระบุ

อุปกรณ์ต่างๆทำงานกันเป็นระบบอัตโนมัติ เพียงกดปุ่ม ระบบจะทำงานตั้งแต่ปล่อยรังสีทะลุผ่านต้นไม้และเก็บข้อมูล ซึ่งจะได้ข้อมูล 1 ระนาบ

“พอเราเห็นว่ามีปริมาณรังสีไม่สอดคล้องกับต้นไม้เนื้อตันและสันนิษฐานว่าเป็นโพรง เราก็จะยืนยันด้วยการหมุนอุปกรณ์เป็นมุม 90 องศาที่ตั้งฉากกัน และวัดปริมาณรังสีอีกครั้งเพื่อยืนยันว่าเป็นตำแหน่งเดียวกัน รวมถึงการวัดรังสีในแนวดิ่งเพื่อให้รู้ว่าโพรงอยู่ตรงไหน มีทิศทางอย่างไร และขนาดเท่าไร”

อกจากอุปกรณ์สแกนลำต้นเพื่อหาโพรงในต้นไม้แล้ว ตั้งแต่ปี 2567 ภาควิศวกรรมนิวเคลียร์ยังได้พัฒนาอุปกรณ์ส่งผ่านรังสีแกมมาให้สามารถดูลักษณะภายใต้ดินบริเวณรากต้นไม้ได้ด้วย

“รากมีความสำคัญมาก รากเป็นตัวที่จะบอกว่าต้นไม้สามารถยืนหยัดอยู่ได้หรือเปล่า” ดร.มนัสวีอธิบาย และเล่าว่าโครงการสแกนรากต้นไม้นี้เป็นความคิดริเริ่มของ รศ.นเรศร์ 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” 

“สุขภาพของต้นไม้จะแข็งแรงหรือไม่ ขึ้นกับว่าโพรงอยู่ตำแหน่งใด ขนาดของโพรงมีขนาดเท่าไร “ถ้าโพรงกินขนาดมากกว่าครึ่งของเนื้อไม้แสดงว่าต้นไม้ไม่แข็งแรง” อาจารย์ ดร.มนัสวีกล่าว