تجهیزات طرح عظیم «چشمه نور» تا پایان سال در سایت قزوین نصب می‌شود

به گزارش مجله خبری نگار/ایران-سوسن صادقی: مراحل طراحی و ساخت قطعات و تجهیزات طرح عظیم «چشمه نور» (شتابگر ملی ایران) که ابرآزمایشگاه تصویربرداری با درخشندگی بسیار بالاست با همکاری معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری، پژوهشگاه ملی دانش‌های بنیادی و پارک علم و فناوری قزوین و با تکیه بر توان داخلی پایان یافت و برای نخستین بار خبرنگاران حوزه علم و فناوری از تجهیزات طراحی و ساخته شده در پژوهشگاه دانش‌های بنیادی بازدید کردند. در این بازدید چندساعته «آرش صادق پناهی» معاون علمی و فنی و فرهاد سعیدی هماهنگ‌کننده فنی پژوهشگاه ملی دانش‌های بنیادی این طرح عظیم درباره طراحی و ساخت قطعات و تجهیزات به کار رفته در این طرح بزرگ توضیح دادند. به گفته این دو مسئول این طرح، با پایان طراحی و ساخت و تولید اکثر قطعات و تجهیزات آن به دست دانشگاهیان، صنعتگران و شرکت‌های دانش بنیان، نمونه‌های طراحی شده بزودی به سایت اصلی آن در قزوین منتقل می‌شود و تا پایان سال‌جاری تجهیزات نصب و در سال ۱۴۰۳ به بهره‌برداری می‌رسد و کشورمان به جمع باشگاه کشور‌های تراز اول علمی دنیا در حوزه سینکروترونی می‌پیوندد.

کشفیات با تکیه بر نور

فناوری چشمه نور (Light Source Facility) یا شتابگر (شتاب‌دهنده عبارت است از ماشینی که ذرات باردار را تا سرعت‌های بسیار بالا توسط میدان‌های الکترومغناطیسی در یک مسیر معین شتاب می‌دهد) ملی در مفهوم عامیانه به یک آزمایشگاه بزرگ مقیاس علمی گفته می‌شود. ابرآزمایشگاه (آزمایشگاهی در مقیاس بزرگ) طرح چشمه نور که در دنیا «سینکروترونی» نامیده می‌شود، اندازه آن در مقیاس استادیوم فوتبال قطر ۲۸۰ متر است.

سایت این ابرآزمایشگاه که با فاکتور‌های زیادی مانند نزدیکی به مراکز علمی، لرزه‌نگاری، پدافند غیرعامل و ... انتخاب شده، در شمال شهر قزوین و در نزدیکی دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره) این شهر قرار دارد. این سایت با زیربنای کلی ۷۱ هزار مترمربع و زیربنای ابرآزمایشگاه سینکروترونی ۴۶ هزار و ۵۰۰ مترمربع است. دورتادور ابرآزمایشگاه چشمه نور آزمایشگاه‌های مختلفی تعبیه می‌شود که شامل تونل شتابگر، محوطه آزمایش، آزمایشگاه‌های پشتیبانی و آزمایشگاه‌های ناحیه پشتیبانی است. در این آزمایشگاه‌ها «الکترون» شتاب داده می‌شود و از الکترون نوری ساطع می‌شود که این نور ساطع شده در محیط خلأ که میلیون‌ها برابر درخشنده‌تر از نور خورشید است، به این آزمایشگاه‌ها می‌رسد و از آن نور برای کار‌های علمی و تحقیقاتی و شناسایی اجسام و جانداران بخصوص تصویربرداری استفاده می‌شود.

به عبارتی شتابگر‌ها آزمایشگاه‌هایی برای تحقیقات بین رشته‌ای به شمار می‌روند. چشمه نور یا شتابگر سینکروترون (Synchrotron radiation) در واقع یک زیرساخت کلان حوزه فناوری در کشور‌ها محسوب می‌شود. نور یکی از بهترین ابزار‌ها برای کشفیات جدید به شمار می‌رود. در واقع در این فرایند علمی هرچه درخشندگی نور بهتر و بیشتر باشد قدرت تشخیص و شناسایی بیشتری از اجسام و جانداران به دست می‌آید.

کشور‌های پیشرو سینکروترونی

کشور‌های پیشرفته (بیش از ۲۰ کشور) حداقل یک دستگاه از ابرآزمایشگاه سینکروترونی یا همان چشمه نور دارند و برای توسعه علم و صنعت خود سرمایه‌گذاری عظیمی انجام داده‌اند. ساخت و راه‌اندازی این پروژه عظیم در تمام کشور‌ها ۱۰ تا ۱۵ سال زمان می‌برد به طوری که کشوری مانند آلمان که تمام شرایط مساعد یعنی دانش، فناوری‌ها و تجهیزات را برای راه‌اندازی ابرآزمایشگاه چشمه نور دارد، ۱۰ تا ۱۵ سال برای طراحی و ساخت آن زمان برده است. ساخت و راه‌اندازی این پروژه به هزینه ۳۰۰ میلیون دلاری نیاز دارد. مهم‌تر اینکه روشن ماندن این آزمایشگاه و خاموش نشدن آن هزینه‌بر است و ۲ هزار یورو هزینه در بردارد. کشور‌های آلمان بیش از ۷ تا، امریکا بیش از ۴ تا، چین، روسیه، فرانسه، ژاپن، برزیل، تایوان و کانادا بیش از ۲ تا ابرآزمایشگاه چشمه نور دارند.

تولید با تکیه بر توان داخلی

کشور ما هم با ساخت چشمه نور در قزوین به دنبال آن است که به جمع کشور‌های دارنده چشمه نور حرکت کند و در این راه هم گام برداشته است، اما به دلیل تحریم‌های ظالمانه، طراحی و ساخت این قطعات و تجهیزات ابرآزمایشگاه کمی زمانبر شده است. طرح ساخت چشمه نور در کشورمان در سال ۸۶ در هیأت امنای پژوهشگاه دانش‌های بنیادی تعریف و تصویب شد و تا سال‌جاری ساخت و طراحی آن پیگیری شده است، اما آنچه آن را زمانبر کرده است بحث طراحی و ساخت تک تک قطعات و تجهیزات این ابرآزمایشگاه است. برای طراحی و ساخت تک‌تک قطعات از توانمندی داخلی دانشگاهیان، صنعتگران و شرکت‌های دانش بنیان (قرارداد با حداقل ۱۰ شرکت) به خصوص در حوزه تولید مواد و تجهیزات استفاده شده است. به عبارتی تمام تجهیزاتی که قرار است در ابرآزمایشگاه چشمه نور قزوین به کار رود تمام نمونه‌های آن در داخل کشور طراحی و ساخته شده و قرار است به تولید انبوه برسد.

همان‌طور که اشاره شد شتاب‌دهنده سینکروترونی شامل لایه‌های تفنگ الکترونی، شتابگر خطی، حلقه افزاینده، حقه انبارش، الکترومغناطیس‌ها، سامانه تزریق‌گر، کاواک‌های بسامد رادیویی، اتاقک اپتیکی، اتاقک آزمایش و ایستگاه داده‌برداری است. آزمایشگاه‌های چشمه نور به بیش از ۱۰ هزار قطعه تجهیزات که همگی از صنایع هایتک و با فناوری بالا هستند، نیازمند است.

هدف طراحی و تولید در داخل هم همان‌طور که گفته شده به دلیل تحریم‌های ظالمانه در اختیار قرار ندادن تجهیزات، قطعات و نمونه‌ها از سوی کشور‌های توسعه یافته در راه‌اندازی ابرآزمایشگاه‌های چشمه نور یا همان سینکروترونی است بنابراین این پروژه تولید در داخل کشور را به معنای واقعی تقویت کرده است، چون در این اینجا حتی از مهندسی معکوس هم خبری نبوده است بنابراین تولید دانش در کشور را ارتقا داده و برای رسیدن به این دانش روی نیرو‌های انسانی سرمایه‌گذاری شده است و این یعنی کمک به رشد و ارتقای صنعت در کشور.

در این طرح عظیم آزمایشگاه بسامد رادیویی (پردیس لارک)، شتاب‌دهنده خطی ۲۵ مگا الکترون ولت، سامانه بسامد رادیویی کم‌توان و کاواک بسامد رادیویی ۳۰۰ مگاهرتز، سامانه اندازه‌گیری میدان الکتریکی در کاواک‌ها، تفنگ الکترونیکی بسامد رادیویی با کاتد گرمایونی (تفنگ الکترونی بسامد رادیویی اولین بخش از ماشین چشمه نور ایران است که وظیفه تولید و شتابدهی اولیه به الکترون‌ها را برعهده دارد)، مدلاتور توان بالای لامپ‌های چند باریکه‌ای، ایجاد آزمایشگاه اندازه‌گیری مغناطیسی (پردیس لارک)، آزمایشگاه اندازه‌گیری مغناطیسی و پروژه الکترومغناطیس دوقطبی خمیده حلقه انبارش طراحی و ساخته شده است.

ساخت محفظه استیل و پمپ یونی، پروژه الکترومغناطیس دوقطبی خمیده حلقه انبارش، سامانه لایه نشانی محفظه‌های خلأ NEG، آزمایشگاه منابع تغذیه (پردیس لارک)، آزمایشگاه شتاب‌دهنده خطی (پردیس لارک)، آزمایشگاه تحقیق و توسعه ساختگاه طرح چشمه نور ایران و آزمایشگاه شتاب‌دهنده خطی از دیگر بخش‌های این ابرآزمایشگاه است که تمام تک‌تک این نیاز‌ها با توان تولید داخل طراحی و ساخته شده است و خروجی آن ارائه تصویری بسیار شفاف و درخشنده با باریکه خط تابش تراهرتز تصویربرداری با پرتو غیریون‌ساز است.
از سوی دیگر برای ساخت یک کاواک بسامد رادیویی لازم است چندین حوزه مانند مهندسی مکانیک متالورژی، فیزیک سطح، بسامد رادیویی و خلأ درگیر شوند که تجربه قبلی در این زمینه وجود ندارد. اجزا و متعلقات آن مانند سامانه کنترل، مولد توان‌بخش و ... همگی دارای فناوری سطح بالا هستند، لازم بود تک‌تک این اجزا به درستی و با هم کار کنند تا سیستم به بازدهی کامل منجر شود همچنین پس از ساخت باید بستر لازم برای اندازه‌گیری دقیق تجهیزات موجود باشد.

البته ساخت قطعات و دستگاه‌های نمونه از دانشگاهیان، صنعتگران و شرکت‌های دانش بنیان داخلی به راحتی انجام نگرفته است چرا که این دانش از سوی اساتید پژوهشگاه دانش‌های بنیادی آموزش دیده و بعد از بار‌ها تمرین و شکست و پیروزی توانسته‌اند نمونه‌های طراحی شده را ساخته و از آزمایش آن سرافراز بیرون بیایند، چون موفقیت در ساخت قطعات این نمونه‌ها آسان نبوده است چراکه بحث خلأ در میان است و آن هم خلایی فراتر از خلأ خارج از زمین و به عبارتی خلایی ۱۰ به توان منهای ۹.

برنامه‌های توسعه‌ای

این ابرآزمایشگاه به مرور بعد از راه‌اندازی قرار است توسعه یابد. فاز‌های توسعه کاربری از چشمه نور ایران هم شامل راه‌اندازی باریکه‌های الکترونیکی و فوتونی شتاب‌دهنده خطی ۴MeV (۴ مگا الکترون ولت) در شهریور ۱۴۰۱، انتقال شتاب‌دهنده خطی ۴MeV به ساختگاه اسفندماه ۱۴۰۲، راه‌اندازی شتاب‌دهنده خطی MeV ۲۵ و خط باریکه تابش تراهرتز اسفندماه ۱۴۰۳، راه‌اندازی شتاب‌دهنده خطی MeV ۷۵ و خط باریکه تابش تراهرتز اسفندماه ۱۴۰۴، راه‌اندازی شتاب‌دهنده خطی MeV ۱۰۵ و خط باریکه تابش تراهرتز اسفندماه ۱۴۰۵ و راه‌اندازی سینکروترون چشمه نور ایران با ۷ خط باریکه اسفندماه ۱۴۱۱ است.

کاربرد‌ها

از چشمه نور در صنایع پزشکی و داروسازی، نفت، گاز و پتروشیمی، خودروسازی، صنایع دفاعی و هوافضا، صنایع غذایی، معدن و صنایع معدنی، پلیمر، سرامیک، الکترونیک، آب و برق، غذایی، متالورژی و کشاورزی می‌توان بهره‌برداری کرد.

با توجه به اینکه پراستفاده‌ترین کاربران چشمه نور صنایع خودروسازی هستند. صنایع کشور می‌توانند با استفاده از چشمه نور کیفیت محصولات خود را بهبود دهند. شرکت‌های مدرن داروسازی دنیا با چشمه نور شریک علمی بوده و به دنبال درمان سرطان با این ابزار هستند و شیمی درمانی و استفاده از رادیوتراپی منسوخ خواهد شد.

چشمه نور می‌تواند ابزار تشخیص حتی در نمونه‌های معدنی باشد و از این چشمه‌ها برای پیشرفت محصول استفاده می‌کنند، چون با این ابزار قبل از از بین رفتن ذره از الکترون‌ها تصویربرداری می‌شود بنابراین ساخت چشمه نور منجر به به‌روزرسانی صنایع کشور خواهد شد.

با راه‌اندازی چشمه نور ایران بین هزار تا ۲ هزار دانشمند در رشته‌های مختلف از جمله پزشکی، داروسازی، صنایع غذایی، مواد، نانو، فیزیک، شیمی و الکترونیک امکان اشتغال مستقیم در آزمایشگاه‌های این طرح بزرگ را خواهند داشت بنابراین با ورود صنایع برای استفاده از این تکنولوژی رقابت ایجاد می‌شود.

برای استفاده از ابزار آزمایشگاهی نیاز است هم نیرو‌های متخصص تربیت شود و هم پزشکان و صاحبان صنایع با ابزار تشخیصی آشنا شوند بنابراین همایش‌هایی در این زمینه برگزار می‌شود.

به عنوان مثال برای بخش حلقه انبارش این ابرآزمایشگاه بیش از هزار مگنت و مغناطیس و ۴۵۰ پمپ نیاز است بنابراین باید تمام نمونه‌های ساخته شده به دست افراد توانمند داخلی، به تولید انبوه برسد از این رو طراحی و ساخت این آزمایشگاه عظیم چندین برابر هزینه هواپیمای ایرباس است.

در این آزمایشگاه ذرات الکترون در خلأ شتاب داده می‌شود و با تابش اشعه ایکس از نشر مولکولی تصویر‌برداری می‌شود. یا بهتر بگوییم چشمه نور سینکروترونی یک مجتمع بزرگ مقیاس از شتاب‌دهنده‌های ذرات و در برگیرنده آزمایشگاه‌های پیشرفته تصویربرداری و آنالیز ماده در عمق کمتر از نانومتر و با درخشندگی چندین میلیارد برابر دستگاه‌های متداول اشعه ایکس بوده و کاملاً بی‌خطر است. یعنی اگر در تصویربرداری‌های معمول از استخوان عکسبرداری شود خود استخوان مشاهده می‌شود، ولی با نور ناشی از الکترون‌ها با ابزار چشمه نور اجزای ریز استخوان‌ها هم قابل تصویر برداری است.

نمونه بهتر برای توضیح استفاده از این ابزار ویروس کروناست. این ویروس با ذره‌بین و میکروسکوپ قابل شناسایی نبود و در واقع اولین مشاهدات انسان از این ویروس در چشمه نور شانگ‌های چین اتفاق افتاد. در این آزمایشگاه بود که شکل و شمایل و جزئیات کرونا شناسایی شد و دانشمندان واکسن آن را ساختند.