چشمه نور ایران: آشنایی با شتابدهنده ملی ایران

ایران در چند سال اخیر برای ساخت آزمایشگاه‎ ها و طراحی و آماده سازی تجهیزات مهم علمی اقدامات جدی را آغاز کرده است که در کنار طرح رصدخانه ملی می‌شود به شتابدهنده ملی ایران که با عنوان «چشمه نور ایران» معرفی شده، اشاره کرد.

وقتی نام شتابدهنده می‌آید احتمالا ذهن خیلی از ما به سمت «سرن» می رود، بزرگترین شتابدهنده ذرات در جهان که جایی در بین مرز سوئیس و فرانسه قرار گرفته، اما اهداف و ماموریت های شتابدهنده‌ای که در ایران به افتتاح خواهد رسید با پروژه‌های سرن متفاوت خواهد بود.

برخی از کشورهای جهان شتابدهنده‌های بزرگ و پیشرفته دارند و در این بین کشور ما هم قصد دارد به جمع این کشورها بپیوندد. در این جا نگاهی کوتاه داریم به ساز و کار شتابدهنده‌ها و این که هدف از ساخت چشمه نور ایران چه بوده و قرار است چه پروژه‌هایی در آن انجام شود.

شتابدهنده ذرات را چه کسی اختراع کرد؟

اولین شتابگر ذرات توسط لوئیس آلوارز فیزیکدان آمریکایی ابداع شد، آلوارز دانشمند ساکت و پر کاری بود که با اختراع اولین شتابگر کمک کرد تا در گذار سال‌ها، سوالات زیادی از دنیای فیزیک پاسخ داده شود. شتاب‌دهنده ذرات به شکل یک حلقه دایره‌ای است که با کمک میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی، تابش الکترومغناطیسی تولید می‌کند، ذراتی که با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می‌کنند، در جهت حرکتشان، نوری منتشر می‌کنند که تابش سینکروترون یا نور سنکروترون نامیده می‌شود.

در واقع در این حلقه‌های دایره‌ای آهنرباهای الکتریکی قرار گرفتند که ذرات متحرک را هدایت کرده و شتاب می‌دهند. سنکروترون ها با توجه به اهدافی که برای پروژه تعیین می شود می‌توانند در ابعاد متفاوتی ساخته شوند. مزیت این نوع از شتابدهنده‌ها نداشتن محدودیت در انرژی است که باعث می‌شود ذرات بنیادی را بتوان به انرژی‌های چندین گیگا الکترون ولت و بیشتر رساند.

شتابدهنده‌های ذرات به چه دردی می‌خورند؟

اما سوال اینجاست که اصلا این شتابدهنده‌ها به چه دردی می خورند و چرا باید برای ساختشان در کشور هزینه‌های سنگین انجام شود؟ تابش سنکروترون می تواند در مطالعه ساختمان مولکولی و ترکیبات سلولی و تغییراتشان در حین واکنش‌های شیمیایی به محققان کمک کند و در طی این آزمایش ها فرصت های زیادی برای بررسی کاربردی علوم فیزیک، پزشکی و زیست و باستان شناسی فراهم می شود.

یکی از هدف‌های اصلی برای اجرای این طرح ملی، ایجاد اولین آزمایشگاه بزرگ برای انجام تحقیقات نانو فناوری و مطالعات بین رشته‌ای و رفع نیاز تخصصی دانشمندان کشور بوده است. بخشی از اجزای شتابدهنده همانند میکروسکوپ الکترونی می‌تواند به محققان علوم پایه کمک کند تا اجزای اتمی و زیر اتمی مواد را مورد بررسی قرار دهند.

با این روش می‌شود تصاویر و نحوه فرایندهای مختلف واکنش‌های فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی را با جزئیات بسیار دقیق مشاهده و رفتارهای آن را ارزیابی کرد.

شاید در نگاه اول به نظر برسد این آزمایشگاه تخصصی برای زندگی روزمره و عادی مردم تاثیر خاصی ندارد اما حقیقت این است که تمام علوم پایه و تحقیقاتی که در لبه دانش انجام می‌شود در ابتدای راه کاربرد ویژه‌ای در زندگی من و شما نخواهد داشت کافی است صبر کنیم و به محققان زمان بدهیم آن وقت است که نتایج و دستاوردهای علمی‌شان به صنعت می‌رسد و بقیه حوزه های فناوری و فنی از اطلاعات اولیه استفاده می کنند تا ابزارها و ساز و کارهای زندگی بشر را تغییر دهند، پیشرفت بیشتر چیزی است که در ازای همه تحقیقات بنیادین بشر رخ داده است.

چرا ایران به دنبال ساخت شتابدهنده ملی است؟

در حال حاضر حدودا ۵۰ تا ۷۰ شتابدهنده در سراسر جهان وجود دارد. بعضی از این شتابدهنده ها به عنوان برخورد دهنده ذرات بنیادی به کار می‌رود اما ایران قرار است صرفا از نوع شتابدهی ذرات برای انجام تحقیقات در این مرکز استفاده کند.

اگر ایران در زمان مقرر و با موفقیت، این طرح را به اجرا درآورد می تواند به عنوان اولین کشور سازنده این شتابدهنده‌ها در منطقه، زمینه جذب محققان خارجی و انجام پروژه های بین المللی در مرزهای دانش باشد. شتابدهنده ملی از طرح‌های اقتصاد مبتنی بر دانش به حساب می‌آید و می‌تواند در ارزآوری برای ایران نقش مهمی داشته باشد.

ساخت شتابدهنده ملی ایران در چه مرحله ای قرار دارد؟

طرح شتابگر ملی ایران در اواخر سال 1388 در ابتدا با تشکیل کمیته اجرایی طرح فعالیت خود را آغاز کرد؛ مطالعات و مشورت‌هایی که در کمیته اجرایی طرح در سال 1389 انجام شد و در نهایت طراحی و ساخت شتابگر سنکروترون الکترون، به عنوان بهترین گزینه به عنوان شتابگر ملی در کشور انتخاب شد.

بعد از مدتی مطالعه و بررسی برای مکان یابی این پروژه، شمال دانشگاه بین‌المللی امام خمینی قزوین به عنوان مناسب‌ترین مکان تعیین شده و اکنون چشمه نور ایران در مساحت 50 هکتاری در حال احداث و تکمیل است. این طرح، مجتمع بزرگی از شتابگر‌های پیچیده، ابزارهای تجربی و آزمایشگاه‌های متنوع است که در دهه‌های آینده نیروی محرکه اصلی برای رسیدن به اهداف علمی و مهندسی مهم کشور خواهد بود.

شتابدهنده ملی چه ویژگی‌هایی دارد؟

هم‌اکنون و در شروع فعالیت طرح، فیزیکدانان و مهندسان با تخصص‌های مختلف به طور مستقیم در گروه‌های تخصصی طرح مشغول به کار هستند. همچنین حدود 200 دانشمند، محقق و استاد از دانشگاه‌ها و مراکز مختلف علمی کشور و جهان و شرکت‌های صنعتی متعدد به طور مستقیم و غیرمستقیم در این طرح مشارکت و همکاری می‌کنند.

پروژه «چشمه نور ایران» یک شتابگر سنکروترون با انرژی۳ گیگا الکترون ولت، جریان ۴۰۰میلی آمپر و گسیلندگی 0/477نانومتر رادیان است که محیط حلقه آن ۵۲۸متر بوده و بنا به اعلام مدیران پروژه احتمالا ساخت ماشین آن تا سال 1404 به پایان برسد.

 نور تولید شده در خطوط باریکه در طیف وسیعی از انرژی از محدوده فرو سرخ تا پرتو ایکس با درخشندگی بسیار زیاد، قطبیدگی دلخواه، انرژی قابل تنظیم ابزار مناسبی برای آزمایش‌های مختلف در زمینه‌های گوناگون علمی است که می‌تواند اطلاعات بسیار دقیقی از جزئیات ساختار ماده را در مقیاس اتمی و مولکولی به دست دهد.

طراحی و ساخت بخشی از قطعات شتابگر نظیر تقویت کننده بسامد رادیویی حالت جامد، تفنگ الکترونی گرمایونی، مغناطیس‌های دوقطبی و چهار قطبی، دستگاه‌های اندازه‌گیری میدان مغناطیسی و منابع تغذیه با پایداری بسیار زیاد در آزمایشگاه تحقیق و توسعه طرح شتابگر ملی ایران انجام شده است.

بالاخره چشمه نور یا شتابدهنده؟

شاید دیده باشید که خیلی جاها به جای استفاده از عنوان شتابدهنده یا شتابگر از اصطلاح چشمه نور استفاده می‌کنند و برایتان سوال پیش آمده باشد که منظور از چشمه نور چیست؟

ماجرا از این قرار است که شتابگرها به دلیل تابش فوتونی (ذراتی که حامل نور و به طور کلی امواج الکترومغناطیس هستند) شدیدی که دارند چشمه نور نامیده می شوند.

به همین خاطر هم طرح شتابگر ملی ایران به طرح چشمه‌ی نور ایران تغییر یافت تا بتواند ماهیت شتابدهنده را بهتر بیان کند.