شتاب‌دهنده‌ای میکروسکوپی تولید پرتو‌های ایکس را ممکن کرد!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،پرتو‌های ایکس شدید تاکنون در مراکز عظیمی به نام سینکروترون تولید می‌شدند؛ سازه‌هایی به اندازه استادیوم فوتبال که برای مطالعه مواد، دارو‌ها و بافت‌های زیستی به کار می‌روند. با این حال پژوهش جدیدی که در مجله Physical Review Letters پذیرفته شده است نشان می‌دهد می‌توان این پرتو‌ها را با استفاده از ساختار‌های ریز به نام نانولوله‌های کربنی و نور لیزر بر روی یک میکروچیپ تولید کرد.

این پژوهش نشان می‌دهد شتاب‌دهنده‌های فوق‌فشرده‌ای که عرض آنها تنها چند میکرومتر است (کمتر از عرض موی انسان) می‌توانند پرتو‌های ایکس با شدت و همدوسی مشابه مراکز میلیارد پوندی سینکروترون تولید کنند. این شتاب‌دهنده‌ها بر اساس پدیده پلاسمون سطحی کار می‌کنند؛ امواجی که وقتی نور لیزر به سطح یک ماده می‌چسبد شکل می‌گیرند. در شبیه‌سازی‌ها پالس لیزر دایره‌ای قطبیده به داخل یک لوله توخالی ریز فرستاده شد و با حرکت مارپیچی الکترون‌ها شدت پرتو‌ها تا دو مرتبه بزرگ‌تر شد.

برای تحقق این مفهوم نانولوله‌های کربنی به‌صورت جنگلی از لوله‌های توخالی عمودی رشد داده شدند که تحمل میدان‌های الکتریکی بسیار قوی (صد‌ها برابر شتاب‌دهنده‌های معمولی) را دارند و امکان ایجاد سازوکار کوانتومی کلید و قفل میان نور لیزر و الکترون‌ها را فراهم می‌کنند.

مدیر این تیم پژوهشی، بیفنگ لی، پژوهشگر دانشگاه لیورپول می‌گوید: شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی نشان می‌دهد که این تعامل می‌تواند میدان‌های الکتریکی چند تراولتی بر متر تولید کند؛ عددی بسیار بالاتر از توان شتاب‌دهنده‌های فعلی.

مزیت بزرگ این فناوری دسترسی همگانی به منابع پرتو ایکس است. در حال حاضر پژوهشگران برای استفاده از سینکروترون‌ها یا لیزر‌های الکترون آزاد باید ماه‌ها منتظر نوبت باشند، اما شتاب‌دهنده‌های میکروسکوپی می‌توانند در بیمارستان‌ها، دانشگاه‌ها و آزمایشگاه‌های صنعتی در دسترس قرار گیرند.

کاربرد‌های این فناوری بسیار گسترده است:

• پزشکی: تصویربرداری دقیق‌تر بدون نیاز به عوامل کنتراست، ماموگرافی شفاف‌تر و بررسی بافت‌های نرم با جزئیات بی‌سابقه.

• داروسازی: تحلیل ساختار پروتئین‌ها و سرعت بخشیدن به طراحی دارو‌های جدید.

• علم مواد و مهندسی نیمه‌هادی: آزمایش غیرمخرب و پرسرعت اجزای حساس.

این پژوهش در کارگاه NanoAc ۲۰۲۵ در لیورپول ارائه شد و همچنان در مرحله شبیه‌سازی قرار دارد، هرچند ابزار‌های لازم مانند لیزر‌های قطبیده دایره‌ای و نانولوله‌های دقیق در آزمایشگاه‌های پیشرفته در دسترس هستند. گام بعدی تایید تجربی این شتاب‌دهنده است؛ اگر موفق باشد، نقطه آغاز نسل جدیدی از منابع تابشی فشرده و قابل دسترس خواهد بود.

کارستن ولش، فیزیکدان دانشگاه لیورپول و عضو تیم پژوهشی می‌گوید: این فناوری نه تنها پیشرفت علمی بزرگی ایجاد می‌کند، بلکه امکان دسترسی گسترده به ابزار‌های پیشرفته تحقیقاتی را فراهم می‌کند و علم مرز‌های نوآوری را برای تعداد بیشتری از پژوهشگران قابل دسترس می‌کند.

این نوآوری نشان می‌دهد که آینده شتاب‌دهی ذرات می‌تواند شامل هم ماشین‌های عظیم برای پیشبرد انرژی و شدت پرتو‌ها و هم شتاب‌دهنده‌های کوچک، هوشمند و در دسترس باشد که مرز‌های تحقیق و کاربرد فناوری را تغییر دهند.