افتتاح معمل فريد من نوعه لليزر الإلكترون الحرّ في الصين

افتتاح معمل فريد من نوعه لليزر الإلكترون الحرّ في الصين

فحص‭ ‬الجهاز‭ ‬الجديد‭ ‬للضباب‭ ‬الدخاني‭ ‬وظواهر‭ ‬غازيّة‭ ‬أخرى

بقلم‭: ‬دينيس‭ ‬نورمايل

تنضم الصين إلى نادي نخبة الدول التي قامت ببناء المصادر القويّة للفوتونات ذات الطاقة العالية والمُسمّاة “ليزرات الإلكترون الحرّ” free electron lasers (اختصارا: الليزر FELs) من أجل باحثيهم. ويمتلك مصدر الضوء داليان كوهيرنت Dalian Coherent Light Source، الذي أُعلن عن اكتماله في بكين هذا الأسبوع ميزة تجعله فريدا من نوعه؛ وهي أنه يعدُّ أكبر مصدر في العالم لضوء الليزر المخصص لنطاق معين من الضوء قصير المدى يسمّى بالأشعة البنفسجيّة الفراغيّة vacuum ultraviolet، ممّا يجعله “أداة جديدة لكشف وتحليل الجزيئات الخاضعة لتفاعلات كيميائية،” كما يقول أليك وادكي Alec Wodtke، الكيميائي الفيزيائي من معهد ماكس بلانك للكيمياء البيوفزيائية Max Planck Institute for Biophysical Chemistry، وجامعة غوتنغن University of Göttingen في ألمانيا.

وخلال العقد الماضي كان العلماء في جميع أنحاء العالم قد هرعوا لبناء الليزر FELs وذلك لكونها تنتج ضوءاً أكثر سطوعا بكثير، وبنبضات أقصر، من السنكروترون (المسرّعات الدورانية التزامنية) Synchrotrons؛ وهو مُسرِّع الجسيمات الذي يُعتمد عليه في مجالات علم المواد وعلم بلوريات البروتين وبيولوجيا الخلايا. وتنطلق الإلكترونات في السنكروترون محدثة أزيزًا حول حلقة تخزين تبلغ مساحة محيطها كيلومترا أو أكثر. وتتخلّص الإلكترونات أثناء انحناء مساراتها من الفوتونات المتشكّلة على هيئة حِزَم.

وفي المقابل، يطلق الليزر FELs الإلكترونات من مسرّع خطّي إلى مغناطيسات تموّجية undulator حيث تقوم هذه المغناطيسات ذات الأقطاب المتناوبة بدفع وسحب الإلكترونات في مسار جيبي Sinusoidal path، مُنتِجةٌ الفوتونات أثناء دورانها عند كل منعطف. وتولّد التفاعلات بين الإلكترونات والفوتونات المتسارعة أثناء اجتيازها المغناطيسات التموّجية ضوءَ ليزر مترابطاً (Science, 10 May 2002, p. 1008).

وتُنتج معظم منشآت الليزر FELs التي تعمل الآن في أوروبا والولايات المتحدة واليابان حُزَم أشعة ليزر سينية قوية بطول موجات يبلغ 0.1 نانوميتر، وهي مثالية لدراسة البروتين المتبلور Crystallized proteins وغيره من المواد الصلبة الأخرى. لكن الحزم قوية جدا لدرجة أنها “تفكّك الجزيئات”إلى غازات كما يقول يانج زومينج Yang Xueming، وهو كيميائي فيزيائي من معهد داليان للفيزياء الكيميائية Dalian Institute of Chemical Physics التابع للأكاديمية الصينية للعلوم Chinese Academy of Sciences (اختصارا: الأكاديمية CAS) الذي يستضيف الجهاز الجديد. لدى الليزر في نطاق الأشعة فوق البنفسجية الفراغيّة -التي ستغطي منشأة داليان 150-50 نانومتر منه – “لمسة ليّنة” كما يقول يانج، “مما سيجعله “أفضل وسيلة لكشف الجزئيات والذرات في الغاز.”

ويتوقع يانج أن يستخدم الباحثون النبضات FEL لفحص ما يحدث أثناء احتراق وتحفيز الوقود، ودراسة البروتينات، وكيفية بدء التفاعلات في واجهات الغاز الصلبة. mقد يكون لبعض التجارب مردود عملي، وهو كما يقول: فهم أفضل لكيفية تشكيل وتحلل الهباء الضار – أحد مكوّنات الضباب الدخاني الذي يصيب مُدُنا مثل نيودلهي وبكين – في الغلاف الجوي.

ويقف وادكي في صفوف الراغبين في استخدام المنشأة التي بلغت تكلفتها 30 مليون دولار، فهو يتفاوض مع الأكاديمية CAS على اتفاق يستطيع بموجبه هو وزملاؤه في ماكس بلانك العمل على مصدر ضوء داليان كوهيرنت. ويقول وادكي إن مروّجي المشروع كانوا “أذكياء جدا”في تمييزهم للفارق في قدرات FEL.

و هناك المزيد من منشآت FEL الصينية في الطريق. ويقول وانغ دونغ -وهو فيزيائي مسرّعات في معهد شانغهاي للفيزياء التطبيقية Shanghai Institute of Applied Physics في الصين، وشريك في مشروع داليان- إن أشعة FEL السنية اللينة الجديد في المعهد قد أنتجت أول ضوء لها في الأسبوع الماضي، ومن المتوقُّع أن يُفتتح للمستخدمين خلال عامين، كما يُفترض مراجعة مقترح معهد شانغهاي ببناء أشعة FEL السينية الصلبة الخاصة بالصين هذا العام.