بهنوش خرم‌روز: گروهی از فیزیک‌دانان یک منبع اشعه ایکس قوی و کوچک ساخته‌اند که نمونه آزمایشی نوعی از ماشین‌ها خواهد بود که امیدوارند بتواند جای بسیاری ابزار بزرگ‌تر را بگیرد.
به گزارش نیچر، تکنولوژی جدید این قابلیت را دارد که در همه چیز، از میکروبیولوژی گرفته تا علم مواد، انقلابی ایجاد کند؛ چرا که می‌تواند دسترسی دانشمندان را به تصاویر پرکیفیت‌تر از آن‌چه بررسی می‌کنند، ساده‌تر سازد.
پژوهشگران از اشعه ایکس برای بررسی همه چیز استفاده می‌کنند، از غبار دنباله‌دارها در منظومه شمسی گرفته تا فسیل جانوران به‌دام افتاده درون کهربا؛ اما تهیه تصاویر با کیفیت نیازمند لامپ‌های اشعه ایکسی است که به نسبت آن چه در حال حاضر در بسیاری از موسسات وجود دارد، واضح‌تر و کنترل‌شده‌تر باشند. به همین دلیل الان اغلب دانشمندان تصاویر خود را در مرکزهای سینکروترون انجام می‌دهند. سینکروترون‌ها نوعی شتاب‌دهنده دارای حلقه‌های مغناطیسی بزرگی هستند که الکترون‌ها در آنها به‌شدت شتاب می‌گیرند و به سرعت‌های بسیار زیاد و نزدیک به سرعت نور در خلا (سیصدهزار کیلومتر بر ثانیه) دست پیدا می‌کنند. در چنین سرعتی، الکترون‌ها که در مسیر دایروی حرکت می‌کنند، پرتوهای ایکس شدید و متمرکز (شبیه به پرتوهای لیزر) از خود منتشر می‌کنند.
اما سینکروترون، آزمایشگاهی بزرگ و گران‌قیمت است و تقاضا برای استفاده از آن بسیار زیاد است. به‌همین دلیل، ماتیاس فوچ از موسسه نور کوانتومی ماکس پلانک در آلمان و همکارانش، روی روش دیگری برای تولید الکترون کار می‌کنند.
این گروه به جای استفاده از مغناطیس‌های معمولی برای هدایت و تقویت الکترون‌ها، از باریکه قوی لیزر و یک سلول کوچک گاز هیدروژن استفاده کردند. آنها یک پالس کوتاه 37 فمتوثانیه‌ای (یک فمتوثانیه برابر با 10 به توان منفی 15 ثانیه یا یک میلیون‌میلیاردیم ثانیه است) به درون سلول شلیک کردند تا الکترون‌ها را از هسته اتم هیدروژن تخلیه کنند. اما جاذبه الکتریکی، الکترون‌ها را به سمت یون‌های مثبت می‌راند. به همین دلیل برای مدت کوتاهی بعد از پالس، الکترون‌ها به سمت عقب و جلو در اطراف هسته مثبت اتم هیدروژن به لرزه در می‌آیند و موجی ایجاد می‌کنند. با این کار، الکترون‌های کمی رها می‌شوند و قله موج الکترون را تشکیل می‌دهند. فوچ در این باره می‌گوید: «درست مثل یک موج‌سوار، الکترون‌ها می‌توانند روی این امواج سر بخورند.»
سپس الکترون‌ها درون یک سری عدسی‌های مغناطیسی روان می‌شوند که با هدایت آنها به درون سری دومی از مغناطیس‌ها، آنها را به عقب و جلو به حرکت در می‌آورد و در نتیجه با حرکت خود، اشعه ایکس کم‌انرژی با طول موج 18 نانومتر آزاد می‌شود.
پالس کوتاه
به دلیل بزرگی میدان الکتریکی بین یون‌های هیدروژن و الکترون‌هایشان، الکترون‌ها به نسبت آن چه در یک تقویت‌کننده معمولی اتفاق می‌افتد، خیلی سریع‌تر سرعت می‌گیرند. یعنی ماشینی در ابعاد یک ساختمان را می‌توان به اندازه تقریبی یک رومیزی کوچک کرد! فوچ می‌گوید که با وجود لیزر، تقویت‌کننده تقربا دو میز را اشغال می‌کند. وی می‌افزاید: «ما به عبارت "مهمان رومیزی" رسیدیم.» مطالعه این گروه در نشریه نیچر فیزیک چاپ شده است.
با این حال، تام کاتزولیس، رئیس دانشکده مهندسی دانشگاه دوک در کالیفرنیای شمالی می‌گوید: «این فوق‌العاده است. سایر گروه‌ها با استفاده از سیستم‌های مشابهی توانسته‌اند اشعه‌ای با قدرت کم‌تر پدید آورند، بنابراین تعجب‌آور نبود . به نظر من هیچ‌کس واقعا شک نداشت که این اتفاق می‌افتد. اما خب آنها در واقع نشان دادند که کیفیت باریکه می‌تواند به طور مساعدی بالا باشد.»
چون الکترون‌های نسبتا کمی تقویت می‌شوند، پالس واضح اما کوتاه است و به همین دلیل، احتمال این‌که تقویت‌کننده رومیزی بتواند به این زودی‌ها جایگزین سینکروترون‌های معمولی بشود، بسیار کم است. با این حال کاتسولیز معتقد است که در اصل هیچ دلیلی وجود ندارد که نتوان آنها را به منابع اشعه ایکس کاربردی تبدیل ساخت که در دانشگاه‌ها مورد استفاده قرار گیرند.
نظر شما