"يمكن أن تساعد هذه التكنولوجيا أيضًا في تطوير المسرعات المدمجة وأجهزة الأشعة السينية التي سيتم استخدامها لأغراض الفحص الأمني والعلاج الطبي والتصوير، وكذلك للبحث في مجالات علم الأحياء وعلوم المواد."
في تطور يمكن أن يؤدي إلى تقدم كبير في مجال تصغير مسرعات الجسيمات للأغراض العلمية والطبية، نجح الباحثون في استخدام الليزر لتسريع الإلكترونات إلى سرعات أعلى بعشر مرات من التقنيات الحالية، كل ذلك ضمن شريحة زجاجية نانومترية بحجم حبة الأرز. .
لقد تم وصف هذا الإنجاز منذ فترة طويلة في مجلة Nature المرموقة من قبل فريق من الباحثين ضم علماء من مختبر SLAC الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية (DOE) وعلماء من جامعة ستانفورد.
"لا نزال نواجه عددًا من التحديات قبل أن تصبح هذه التكنولوجيا طريقة عملية للاستخدام اليومي، ولكن في النهاية ستؤدي هذه التقنية إلى تقليل حجم وتكلفة الأجهزة المستقبلية التي تحدث فيها تصادمات الجسيمات عالية الطاقة، وهي الأجهزة التي تهدف إلى فحص وقال جويل إنجلاند، عالم الفيزياء من مختبر المسرع الوطني SLAC والمسؤول عن البحث: "العالم الفيزيائي للجسيمات والقوى الأساسية". "يمكن أن تساعد هذه التكنولوجيا أيضًا في تطوير المسرعات المدمجة وأجهزة الأشعة السينية التي سيتم استخدامها لأغراض الفحص الأمني والعلاج الطبي والتصوير، وكذلك للبحث في مجالات علم الأحياء وعلوم المواد."
وبما أن هذه الأجهزة تعتمد على أشعة الليزر التجارية والتقنيات الرخيصة المستخدمة في الإنتاج الضخم، يعتقد الباحثون أن التكنولوجيا الجديدة يمكن أن تمهد الطريق لتطوير جيل جديد من المسرعات "المنضدية". عندما يصل إلى إمكاناته الكاملة، سيكون "المسرع المدمج" الجديد قادرًا على مطابقة قوة التسارع للمسرع الخطي البالغ طوله 3.2 كيلومتر والموجود في مختبر SLAC عندما يبلغ طوله 30 مترًا فقط، بينما ينتج معدل إلكترون نبضة في الثانية أعلى بمليون مرة من الموجودة. حقق العرض الأولي لهذه التقنية سلسلة تسارع، مما يعني كمية الطاقة المتحققة على مسافة محددة، تبلغ 300 مليون فولت كهربائي لكل متر. وهذا معدل أعلى بعشر مرات من معدل التسارع الذي يتم الحصول عليه حاليًا من المعجل الخطي في المختبر. وقال البروفيسور روبرت باير من جامعة ستانفورد، وهو الباحث الرئيسي: "هدفنا النهائي لهذه التكنولوجيا هو معدل تسارع قدره مليار كهربائي لكل متر، وقد قطعنا ثلث الطريق بالفعل في نهاية تجربتنا الأولى".
تستخدم المسرعات الموجودة اليوم الموجات الدقيقة لزيادة طاقة الإلكترونات. سيبحث الباحثون في هذا المجال في كثير من الأحيان عن بدائل أكثر اقتصادا، وهذه التكنولوجيا الجديدة، التي تستخدم أشعة ليزر سريعة للغاية لتشغيل المسرع، هي المرشح الرئيسي لهذه البدائل. يتم تسريع الجسيمات عادةً على مرحلتين منفصلتين: في المرحلة الأولى يتم تسريعها إلى سرعة الضوء تقريبًا. من هذه اللحظة فصاعدا، أي تسارع إضافي يزيد من الطاقة المخزنة في الإلكترونات، ولكن ليس سرعتها؛ هذا هو الجزء الصعب من هذا المجال.
وفي التجارب التي يتم إجراؤها بمساعدة المسرع الموجود داخل الشريحة، يتم تسريع الإلكترونات في المرحلة الأولى إلى سرعة الضوء تقريبًا في المسرع العادي. وفي الخطوة التالية، يتم تركيزها في ثقب رفيع للغاية يبلغ ارتفاعه نصف ميكرون يقع في شريحة مضغوطة من زجاج السيليكا. وفي الحفرة، تم نقش أخاديد نانومترية متباعدة عن بعضها البعض على فترات محددة. يُنتج شعاع الليزر في نطاق الأشعة تحت الحمراء المسقط على سطح الفتحات مجالات كهربائية تتفاعل مع الإلكترونات الموجودة في الثقب مع زيادة طاقتها.
إن تحويل المسرع الموجود داخل الشريحة إلى مسرع سطح مكتب نهائي سيتطلب تطوير طريقة أكثر كفاءة لتسريع الإلكترونات قبل دخولها إلى الجهاز نفسه. أحد التطبيقات المستقبلية المحتملة لهذه التكنولوجيا ستكون أجهزة محمولة وصغيرة لإنتاج الأشعة السينية، بحيث يمكن أن تحسن الرعاية الطبية المقدمة للمحاربين المصابين أثناء المعارك، ويتم تركيبها داخل أجهزة تصوير طبي أرخص وأكثر كفاءة للمستشفيات و مختبرات.
فيديو يشرح التقنية
ملاحظة المحرر: هذه الشريحة لا تأتي لتحل محل مسرعات الجسيمات الضخمة مثل تلك الموجودة في ساران، رغم ما كتب عنه في وسائل إعلام إسرائيلية أخرى ولكن المسرعات التي يبلغ طولها عشرات السنتيمترات توجد في أجهزة التصوير الطبي مثل التصوير بالرنين المغناطيسي وفي عدد من الأجهزة العلمية الصغيرة، والتي تستخدم فيها المسرعات أيضًا لغرض التعرف على تركيب المواد أو اختبار الخواص الفيزيائية للمادة . بصرف النظر عن المستويات الأسية، في مسرعات الجسيمات في ساران، تنقسم النواة الذرية إلى جسيمات فرعية أصغر، بينما في التصوير بالرنين المغناطيسي، يتم استخدام الإلكترونات المتسارعة ببساطة وليس جسيمات أخرى. معجل الإلكترون (كما في سارن) هو اسم عام لتسريع الجسيمات التي ليست بالضرورة إلكترونات ونحن هنا نتحدث فقط عن الإلكترونات. اب. والشكر أيضًا للدكتور موشيه نحماني.
تعليقات 5
هناك نوع آخر من شرائح الضوء بتردد الأشعة تحت الحمراء، والذي يستخدم للتطبيقات طويلة المدى. يطلق عليه اسم الدليل الموجي، ويسمى الجهاز فورييه تحويل الأشعة تحت الحمراء (FTIR)، وله تطبيقات في اختبار ضغط الدم، والعديد من معلمات الدم، والسكري، والأجسام الكروية، في الاختبارات غير الغازية بدون إبرة. ومن المفهوم أن محلل الطيف البصري للمواد مثل CSI، يكون في بعض الأحيان FTIR. لا يوجد تسارع للفوتونات هنا، ولكن خلق انزياح طور بين موجتين من نفس المصدر، وتداخل بين الموجتين، بحيث يتم الحصول على تحويل فورييه للضوء المار عبر الوسط المختبر على شكل طيف للضوء تمر عبر المتوسطة.
إلى يوسي السابق: عادةً ما يتم تسريع شعاع الإلكترون في اتجاه عمودي على المجال المغناطيسي كما هو الحال في أنبوب أشعة الكاثود ويتم عرضه على الشاشة. ربما تكون الصورة الناتجة هي صورة الدماغ.
منذ متى توجد مسرعات الجسيمات في التصوير بالرنين المغناطيسي؟؟
يوجد في التصوير بالرنين المغناطيسي مغناطيس كبير يخلق تدرجًا للمجال المغناطيسي وتنتقل عبره موجات الراديو. لا يوجد شيء مشحون تم إطلاقه هناك.
واو.. في كل مرة أذهل من جديد من المعدل المذهل الذي تتقدم به مثل هذه العلوم، خاصة في مواجهة علوم أخرى مثل استكشاف الفضاء ودفع الصواريخ (وهو شخص ساذج لا يمكنه دائمًا تجنب مقارنة الموضوعات المستقبلية بهذا).
هناك أشياء كثيرة في هذا المجال اليوم، حتى في كتب الخيال العلمي لم يفكروا أبدًا في وجودها.
مقالة رائعة، مكتوبة في صلب الموضوع وواضحة حتى لغير الفيزيائيين