السنكروترونات

وتتكون مصادر إشعاع السنكروترون وليزر الإلكترونات الطليقة من إشعاع كهرمغنطيسي عريض النطاق ذي سطوع عال ناتج عن الإلكترونات عالية السرعة التي تتحرك في مدارات محددة جيداً مقيدة بهياكل مغنطيسية مختلفة. وتوفر مصادر ليزر الإلكترونات الطليقة على وجه الخصوص سطوعاً ممتازاً وتماسك نبضات ضوئية قصيرة جداً ذات أطوال موجية تتراوح بين مليمتر إلى بضعة نانومترات (مثل الأشعة السينية). وقد أثارت كل من مصادر إشعاع السنكروترون وليزر الإلكترونات الطليقة العديد من الاكتشافات العلمية الرائعة. وحالياً، يعمل أكثر من ٦٠ مصدراً ضوئياً للسنكروترون و٢٠ مصدراً ضوئياً لليزر الإلكترونات الطليقة في جميع أنحاء العالم، بينما هناك مصادر أخرى في مرحلة البناء أو التخطيط.

وتساعد الوكالة الدول الأعضاء على بناء قدراتها في مجال تطبيقات إشعاع السنكروترون. كما تنظم اجتماعات تقنية وحلقات عمل، ودورات تدريبية متخصصة تقدم معارف نظرية وعملية عن هذه التكنولوجيات. ولمساعدة الدول الأعضاء على الوصول إلى مرفق لإشعاع السنكروترون، تعاونت الوكالة مع الشركة الإيطالية Elettra Sincrotrone Trieste. وقد أنشئ مرفق بحثي مشترك في خط الحزم الإشعاعية لتألق الأشعة السينية بالشركة، والذي صمم لتقديم بارامترات الشعاع اللازمة للقياسات عالية المستوى في التنظير الطيفي والمجهري. ويعمل خط الحزمة بالكامل منذ بداية عام ٢٠١٥.

استخدام واسع في العلوم والصناعة

والخصائص الفريدة لدى إشعاع السنكروترون، منها ارتفاع درجة تألقه، ومجموعة طيفية واسعة وقابلية ضبط طول الموجة/الطاقة، توفر له قدرات تحليلية ملحوظة لتوصيف المواد. وإلى جانب الأنماط المختلفة لتفاعلات الفوتون، يقدم إشعاع السنكروترون مجموعة واسعة من التقنيات والمنهجيات، منها ما يلي:

• التحلیل الکیمیائي، مثل التکوین العنصري، والتنوع الکیمیائي، وتحلیل موقع التنسیق للذرة الممتصة، وکذلك تحدید المجموعات والبنیات الجزيئية؛
• التحليل البنيوي لفهم التعديلات المستحثة لبلورات المواد غير المتجانسة عن طريق حيود الأشعة السينية، وتشتت الأشعة السينية بزاوية صغيرة وقياس انعكاس الأشعة السينية؛
• التحقيق في الخصائص الإلكترونية والمغنطيسية للأسطح والأفلام الرقيقة والواجهات المدفونة باستخدام مجموعة متنوعة من التقنيات مثل الانبعاث اللين للأشعة السينية، والفحص المجهري لانبعاث الإلكترونات ضوئياً، والتنظير الطيفي للانبعاثات الزاوية للإلكترونات ضوئياً، والتنظير الطيفي للإلكترونات منخفضة الطاقة وفرق الامتصاص الدائري للأشعة السينية المغنطيسية؛
• التوصيف المورفولوجي، الذي يشير إلى أسلوب العرض ببعدين أو ثلاثة أبعاد لنفس التفاصيل الدقيقة جداً للهياكل المعقدة عن طريق التصوير المقطعي الحاسوبي للتباين الصغير والمرحلي.

وقد سمحت هذه القدرات لتطبيقات إشعاع السنكروترون بالتوسع في مجموعة واسعة من التخصصات العلمية: علم المواد؛ وبحوث الطاقة؛ وبروتين البلورات؛ والعلوم البيئية؛ والكيمياء؛ والحياة أو العلوم البيولوجية؛ والإلكترونيات الدقيقة؛ والعلوم الجيولوجية بما في ذلك الدراسات المتعلقة بالمسائل خارج الأرض؛ والتحليل المتعلق بالبيئة القديمة. كما أنها تستخدم على نطاق واسع في جميع مجالات الصناعة، من الأدوية والتكنولوجيا الحيوية إلى إنتاج السيارات، وشبه الموصلات ومستحضرات التجميل. وفي الآونة الأخيرة، توسعت القائمة لتشمل تخزين الطاقة وتحويلها، في شكل مواد متباينة بالغة الصغر ومتناهية الصغر مثل البطاريات وخلايا الوقود والأنظمة الفولطاضوئية وأشباه الموصلات العضوية.

وتستخدم مصادر ليزر الإلكترونات الطليقة لدراسة خصائص المادة المكثفة؛ والمواد النانوية؛ والعمليات الجزيئية الذرية؛ والنظم البيولوجية. وعلى وجه الخصوص، تُستخدم نبضات الأشعة السينية الفيمتوثانية المولدة في ليزر الإلكترونات الطليقة في تجارب الحفنة الواحدة المسجلة الوقت وهي قادرة على فتح قدرات بحثية مدهشة في مجال النطاق الفائق السرعة والعالي الدقة للعمليات الحيوية الجزيئية والذرية.

ويمكن الاطلاع على قائمة عالمية بمصادر الإشعاع السنكروتروني على بوابة للمعرفة المتعلقة بالمعجلات تابعة للوكالة.