การนับอนุภาคในเครื่องตรวจจับอนุภาคแบบคลาวด์แชมเบอร์อย่างง่ายโดยประยุกต์ใช้เทคนิคการประมวลผลเชิงภาพด้วยคอมพิวเตอร์

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

อนาวิล ศิลปศาสตร์, ภาณุพัฒน์ ศรีสุขวสุ, ธนัสภพ หลิมจานนท์

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

ธัญนันท์ สมนาม, ชาคริต สมานรักษ์

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2565

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

รังสีคอสมิกเป็นอนุภาคพลังงานสูงที่มาจากอวกาศ และดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดรังสีคอสมิกที่ใกล้โลกมากที่สุด เมื่อมาถึงพื้นโลกรังสีคอสมิกจะสามารถถูกตรวจจับได้ในเครื่องตรวจจับอนุภาคชนิดต่าง ๆ โดยบทบาทที่สำคัญของเครื่องตรวจจับอนุภาค คือ ความสามารถในการศึกษาอัตราการตรวจวัด (count rate) ของรังสีคอสมิกซึ่งโดยทั่วไปสามารถทำได้ด้วยกระบวนการที่ซับซ้อนรวมถึงเป็นเครื่องมือที่ใช้งานยากและยังมีราคาสูง ต่างจากเครื่องตรวจจับอนุภาคชนิดคลาวด์แชมเบอร์ (cloud chamber) ที่สร้างได้ง่าย ใช้งานง่าย และมีราคาต่ำ อย่างไรก็ตาม cloud chamber สามารถใช้วิเคราะห์ได้เพียงชนิดอนุภาคจากลักษณะของวิถีการเคลื่อนที่แต่มีข้อเสียคือไม่สามารถศึกษาการตรวจวัดรังสีได้โดยตรงจำเป็นต้องมีการบันทึกข้อมูลสำหรับการศึกษาในภายหลังเท่านั้น ทางคณะผู้พัฒนาจึงมีแนวคิดที่จะพัฒนาอัลกอริทึมที่สามารถจำแนกชนิดอนุภาคภายใน cloud chamber ได้อย่างแม่นยำและรวดเร็ว และสามารถศึกษาอัตราการนับ (count rate) ของอนุภาคในแต่ละพื้นที่ได้ โดยจะประยุกต์ใช้การเรียนรู้เชิงลึก (deep learning) ด้วย YOLO ซึ่งเป็น CNN Model ซึ่งมีแผนการดำเนินการทั้งหมด 4 ระยะได้แก่ การพัฒนาโมเดลนำร่อง การสร้างเครื่องตรวจจับอนุภาคชนิดความแชมเบอร์ที่ประดิษฐ์ขึ้นเอง การพัฒนาโมเดลสำหรับการจำแนกชนิดอนุภาคแบบเรียลไทม์ และการทดลองนำผลงานไปใช้งานจริง ซึ่งในปัจจุบันยังอยู่ในระยะที่ 3 โดยสำหรับสองระยะก่อนหน้าพบว่าในการพัฒนาโมเดลนำร่องจะต้องใช้ YOLOv5x ประเมินจาก CIoU Loss ซึ่งทำให้โมเดลมีประสิทธิภาพสูงถึง 91.60% (พิจารณาจาก AUPRC) และ cloud chamber ที่ได้ประดิษฐ์ขึ้นเองนั้นสามารถสังเกตเส้นทางอนุภาคได้ชัดเจนโดยเฉพาะแอลฟา อย่างไรก็ตามด้วยเทคนิคการถ่ายทำปัจจุบันทำให้ยังไม่สามารถเก็บข้อมูลสำหรับการทดลองในระยะที่ 3 ต่อไปได้อย่างครอบคลุม จึงมีข้อสรุปว่าในการทดลองระยะที่ 3 นั้นจำเป็นต้องบันทึกวิดีโอจากเครื่องคลาวด์แชมเบอร์ด้วยมุมกล้องที่หลากหลาย และการจัดแสงไฟที่เหมาะสมร่วมด้วย ในการนี้คณะผู้พัฒนาโครงงานจึงมีแผนการวิจัยในอนาคตโดยดำเนินการทดลองในระยะที่ 3 และระยะที่ 4 ตามที่ได้มีการวางแผนไว้ และหากสามารถดำเนินการได้เสร็จสิ้นแล้วนั้น คาดว่าจะได้รับประโยชน์ในการสร้างเป็นชุดการเรียนรู้ฟิสิกส์อนุภาคซึ่งสามารถเข้าถึงได้ง่าย รวมถึงการเป็นชุดการตรวจวัดเพื่อศึกษาอัตราการนับของรังสีคอสมิกและอนุภาครังสีที่ใช้งานได้สะดวกในอนาคตได้