Synchrotron Radiation(تابش سینکروترون)
به نام خدا
تابش سینکروترون چیست؟
تابش سینکروترون نوعی تابش الکترومغناطیسی است که توسط ذرات باردار (مانند الکترون ها) که با سرعت نزدیک به نور در مسیر منحنی حرکت می کنند، تولید می شود. این تابش بسیار متمرکز و پرانرژی است و طیف گسترده ای از طول موج ها را شامل می شود (پرتو ایکس تا مادون قرمز).
تاریخچه و کشف تابش سینکروترون:
تابش سینکروترون برای اولین بار در سال 1947 در یک شتاب دهنده در نیویورک مشاهده شد.شتاب دهنده General Electric (70میلیون الکترون ولت)
این پدیده ابتدا یک چالش در شتاب دهنده ها محسوب می شد اما بعدها به ابزاری مهم در پژوهش های علمی تبدیل شد.
گروهی که پشت اولین مشاهده تشعشعات سینکروترون ساخته دست بشر در آزمایشگاه های جنرال الکتریک بودند: از چپ به راست: رابرت لانگمویر، فرانک الدر، آناتول گورویچ، ارنست چارلتون و هرب پولاک.
اصول علمی تابش سینکروترون:
تابش سینکروترون زمانی تولید می شود که یک ذره باردار شتاب دار (مانند الکترون) در میدان مغناطیسی حرکت منحنی داشته باشد. این تابش شامل انرژی بالایی است که در جهت حرکت ذره منتشر می شود.
- حرکت منحنی در میدان مغناطیسی
- انتشار تابش در جهت حرکت ذره
- شدت تابش متناسب با انرژی ذره است
اجزای اصلی سینکروترون:
- شتاب دهنده حلقوی: جایی که ذرات باردار شتاب می گیرند.
- میدان مغناطیسی: برای خم کردن مسیر ذرات.
- منابع انرژی: برای تامین انرژی الکترون ها.
- سیستم خلا: جلوگیری از برخورد ذرات با مولکول های هوا.
ویژگی های تابش سینکروترون:
1-شدت بالا.
2-طیف گسترده از پرتو ایکس تا مادون قرمز.
3-قطبیدگی و همدوسی بالا.
4-مناسب برای مطالعه دقیق ساختار مواد.
5-همدوسی فضایی و زمانی
پرتو اشعه ایکس سنکروترون می تواند خواص ارزشمند دیگری نیز داشته باشد، از جمله ساختار زمانی (به طوری که چشمک می زند)، انسجام (پرتوی موازی) و پلاریزاسیون.
کاربردهای علمی و صنعتی:
1-پزشکی: تصویربرداری با وضوح بالا و درمان سرطان.
2-علم مواد: بررسی ساختار مواد در مقیاس اتمی.
3-زیست شناسی: مطالعه ساختار پروتئین ها و DNA.
4-فیزیک: پژوهش های بنیادی. پژوهش در زمینه انرژی های بالا
مزایا و محدودیت های تابش سینکروترون:
مزایا: دقت بالا، طیف گسترده، کاربردهای متنوع.
محدودیت ها: هزینه بالا، نیاز به زیرساخت پیچیده.
ساختمان سینکروترون حلقه ای شکل در گرنوبل فرانسه تغییری نکرده است، اما فیزیکدانان دستگاه درون آن را با طراحی جدید رادیکال جایگزین کرده اند.
سینکروترون های معروف جهان:
ESRF (فرانسه): پیشرفته ترین مرکز تابش سینکروترون در اروپا.
Diamond Light Source (بریتانیا): مرکز تخصصی علم مواد.
MAX IV(سوئد): جدیدترین نسل سینکروترون ها.
SESAME(اردن): اولین سینکروترون در خاورمیانه.
تاسیسات تابش سنکروترون اروپایی (ESRF)در گرنوبل (2020). این تسهیلات توسط 22 کشور تامین مالی می شود، 705 نفر (2021) کار می کنند و دارای 47 خط پرتو شامل خطوط پرتوهای گروه تحقیقاتی (CRG) است
نتیجه گیری
تابش سینکروترون یکی از ابزارهای کلیدی در پژوهش های علمی و صنعتی است.
این فناوری امکان مطالعه دقیق ساختار مواد و فرآیندهای زیستی را فراهم کرده است.
با پیشرفت فناوری، کاربردهای آن در حال گسترش است.
حلقه شتاب دهنده تست اپتیک یکپارچه در مرکز علم و فناوری شتاب دهنده Fermilab که به نام FAST نیز شناخته می شود. عکس: جولیو استانکاری
دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته شاهین جلیل پور