منبع نور اشعه ایکس چیست؟

علم به زبان ساده؛

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا،اشعه ایکس در جهان امروز نقش کلیدی در بسیاری حوزه‌ها دارد. برای مبارزه با بیماری‌‌های عفونی مهلک، باید ارگانیسم‌هایی مسبب بروز آنها را بشناسیم؛ برای طراحی نسل بعدی خودروهای برقی، باید باتری‌های بهتر و بادوام‌‌تری برای تامین انرژی آنها بسازیم و برای ساخت موتورهای کارآمدتر و ایمن تر برای هواپیماها، به مواد قوی ‌تر و بادوام‌ تری نیاز داریم. برای انجام همه این کارها به یک منبع نور پرتو ایکس قدرتمند نیاز است. پرتوهای ایکس گرچه نور هستند، اما مرئی نیستند. ممکن است با دستگاه‌های اشعه ایکس که دندانپزشکان برای عکس گرفتن از داخل دندان‌ها استفاده می‌کنند آشنا باشید. منبع نوری مانند «منبع فوتون پیشرفته»  (APS)، یکی از تاسیسات کاربری دفتر علوم وزارت انرژی آمریکا در آزمایشگاه ملی آرگون، نور پرتو ایکس مشابهی را تولید می‌کند، اما یک میلیارد برابر درخشان تر است.

با نوری به این درخشانی چه می‌توان کرد؟ APS مانند یک میکروسکوپ غول پیکر عمل می‌کند، اما برخلاف نور مرئی، اشعه ایکس به درون مواد نفوذ می‌کند و به دانشمندان در دیدن عمق آنها یاری می‌رساند. پرتوهای اشعه ایکس را می‌توان به قدری متمرکز کرد که مثلا دانشمندان می‌توانند با استفاده از این اشعه آنچه در داخل باتری در حین استفاده اتفاق می‌افتد را «ببینند» و در نتیجه بتوانند باتری‌های کم مصرف تری را توسعه دهند.

نور پرتو ایکس نور پر انرژی است که در طیف الکترومغناطیسی وجود دارد. این طیف شامل طیف همه امواج الکترومغناطیسی، از طولانی ترین امواج با کمترین انرژی ( رادیو  AM)، تا امواج میانی (نور مرئی)، تا کوتاه ترین امواج با بیشترین انرژی (اشعه گاما) می‌شود.

ASP  از اشعه ایکس استفاده می‌کند که در انتهای طیف قرار دارد و دارای طول موج‌های کوتاه تری است. طول موج‌‌های کوتاه ‌تر به پرتوهای ایکس اجازه می‌دهند از مواد عبور کنند و به این ترتیب دانشمندان می‌توانند با دیدن عمق مواد، به دانش جدیدی در مورد ساختار و عملکرد مواد دست یابند.

APS و دیگر منابع نوری در سراسر جهان، دهه‌هاست که زندگی ما را بهبود بخشیده اند. شتاب ذرات، فناوری مورد استفاده دانشمندان، از دهه 1920 وجود داشته است.

در قلب APS یک حلقه ذخیره سازی وجود دارد که اندازه آن حدود دو سوم مایل است. آنقدر بزرگ است که می‌توان یک استادیوم بیسبال را در داخل آن قرار داد. وظیفه آن چرخاندن ذراتی به نام الکترون، با دقت بالا و با سرعتی بسیار نزدیک به سرعت نور است. الکترون‌ها میلیاردها بار در روز دور این حلقه می‌چرخند و در هر پیچ مسیر، نور روشنی را آزاد می‌کنند.  APS آن نور را به ایستگاه‌های آزمایشی واقع در اطراف حلقه می‌فرستد، جایی که انواع مختلفی از آزمایش‌های علمی روی آن صورت می‌گیرد.

APS  یک مرکز ملی کاربری است یعنی این منبع در دسترس دانشمندان سراسر جهان قرار گرفته است. دانشمندان نیز برای استفاده از این مرکز هزینه ای پرداخت نمی کنند البته مشروط بر اینکه داده‌های شان به صورت عمومی منتشر شود. سالانه بیش از 5500 دانشمند از سراسر جهان از APS برای مطالعه طیف گسترده ای از موضوعات، از روش‌های جدید برای مبارزه با گازهای گلخانه ای گرفته تا روش‌های جدید تقویت جاده‌ها و پل‌ها از این تاسیسات استفاده می‌کنند.

APS  از زمانی که برای اولین بار در دهه 1990 ساخته شد منبع نور پرتو ایکس برتر در جهان بوده است و آینده آن بسیار روشن تر خواهد شد. در یک ارتقاء عظیم، حلقه ذخیره سازی فعلی با حلقه ای جایگزین می‌شود که اشعه ایکس را تا 500 برابر روشن تر از آنچه امروز تولید می‌شود، تولید و آزمایش‌ها و نوآوری‌های بیشتری را امکان پذیر می‌کند که زندگی ما را بهبود می‌بخشد. همراه با دیگر منابع نوری در سراسر جهان، APS  نیز به دانشمندان کمک می‌کند تا ما را سالم ‌تر و ایمن تر نگه دارند و دانش ما را از دنیای اطرافمان بهبود بخشند.

یک منبع نور اشعه ایکس چگونه کار می‌کند؟

منبع نور قدرتمندی مانند «منبع فوتون پیشرفته» (APS) مشابه دستگاه‌های اشعه ایکس مورد استفاده دندانپزشکان است با این تفاوت که نور ایجاد شده میلیاردها برابر روشن تر است.

• در قلب APS مجموعه ای از ماشین‌ها به نام شتاب دهنده قرار دارد که از آهنربا برای حرکت الکترون‌ها استفاده می‌کند. الکترون‌ها در کنار هم قرار می‌گیرند و در یک خط مستقیم به سمت پایین شتاب دهنده خطی حرکت می‌کنند.
• حلقه تجمع کننده ذرات، دسته‌ها را به هم نزدیکتر می‌کند.
• حلقه تقویت کننده آنها را با افزایش سرعت و انرژی به گردش در می‌آورد.
• سپس ذرات به داخل حلقه ذخیره تزریق می‌شوند. الکترون‌ها میلیاردها بار در روز به دور این حلقه می‌چرخند. در هر پیچ مسیر، نور را به شکل ذرات فوتون آزاد می‌کنند .
• این فوتون‌ها نور پرتو ایکس هستند که به ایستگاه‌های علمی در اطراف حلقه فرستاده می‌شوند. دانشمندان از آن نور بسیار روشن برای دیدن اعماق مواد استفاده می‌کنند.