لیزرِ الکترونِ آزاد برای بررسی

رفتار سلولی

الکترون های تابش کننده با یکدیگر بر هم‌کنش کرده و تابش مذکور را تقویت می‌کنند و به این ترتیب تابشی خود تقویت شده به نام SASE در گستره‌ای از طول موج‌ها به وجود می‌آید

اخیراً محققانی از فرانسه و ژاپن روشی ابداع کرده‌اند که به کمک آن می‌توان علاوه بر کاهش اندازه‌ی یک لیزر الکترون آزاد (free electron laser or FEL)، برای اولین بار، نوری همدوس با طول موج های اشعه‌ی X و زیر ۳۲ نانومتر تولید کرد. با اصلاح این روش می‌توان پالس‌های کاملاً همدوس با طول موج ۲ تا ۴ نانومتر تولید کرد. چنین پالس‌هایی برای مطالعات زیستی بسیار ارزشمند هستند.

به‌گزارش ستاد ویژه‌ی توسعه‌ی فناوری نانو، در لیزر‌های FEL بر خلاف لیزر‌های معمولی از یک مسیر موج‌دار و سینوسی برای باریکه‌ی الکترونی استفاده می‌شود. در این لیزرها، پس از شتاب گرفتن باریکه‌ی الکترونی تا حد سرعت نور، الکترون‌ها تابشی به نام تابش سینکروترون انجام می‌دهند.

الکترون های تابش کننده با یکدیگر بر هم‌کنش کرده و تابش مذکور را تقویت می‌کنند و به این ترتیب تابشی خود تقویت شده به نام SASE در گستره‌ای از طول موج‌ها به وجود می‌آید. انرژی الکترون‌ها و مکان آهنربا‌های شتابدهنده (undulator) در FEL قابل تنظیم است. چنین طراحی‌ای برای FED با مشکلاتی همراه است که وجود پالس‌های نوری بی ثبات و نوسانی یا «اسپایک»‌ها (spikes) از آن جمله می‌باشند.

یکی از راه‌های حل این مشکل که گروه تحقیقاتی ذکر شده از آن استفاده کرده‌اند، اضافه کردن یک چشمه‌ی همدوسِ خارجی به FEL می‌باشد. این گروه در آزمایشات خود که در شتابدهنده‌ی آزمایشی SCSS در ژاپن انجام دادند، نور زیرقرمز با شدت بالا را از یک لیزر تیتانیوم- صفیر بر روی یک سلولِ حاوی گاز زنون متمرکز کردند.

پرتو موزون‌تری که به این شکل ایجاد شد (پرتو HHG)، بار دیگر بر روی FEL متمرکز گردید تا نوری همدوس در فضا و زمان تولید شود. این ساختار موجب کاهش قابل توجهی در اندازه چشمه‌ی FEL می گردد (طول آهنربای شتابدهنده از ۹ متر به ۴ متر کاهش می یابد) و طول موج خروجی، محدوده‌ی فرابنفش تا X را شامل می‌شود. گفته می‌شود که زمان بقای پالس‌های خروجی تنها 13–10 تا14–10 ثانیه بوده و بیشینه‌ی روشنایی آن‌ها نسبت به چشمه‌های سینکروترون معمولی، ۱۰ میلیارد برابر بیش‌تر است.

از تابش سینکروترون به شکل وسیعی در زیست‌شناسی و برای تعیین ساختار پروتئین‌ها استفاده می‌شود. به کمک چشمه‌هایی نظیر FED مذکور، که پرتو آن‌ها توسط آب جذب نمی‌شود، می توان عملکرد پروتئین‌ها در سلول را مشاهده نمود. هم اکنون محققان مذکور قصد دارند تا جبهه‌ی موجِ نور تولیدی را به منظور تعیین خصوصیات فضایی آن بررسی کنند. همچنین در اواخر سال یک چشمه خارجی با طول موج ۵۰ تا ۶۰ نانومتر را به طرح خود اضافه خواهند کرد.