ما هو مصدر إشعاع السنكروترون؟
يستخدم مصدر إشعاع السنكروترون مغناطيسات منحنية لإجبار حزم الإلكترونات عالية الطاقة على الدوران في مسرع سنكروتروني حلقي الشكل بسرعة تقارب سرعة الضوء. وعلى طول الاتجاه المماسي للمسار المنحرف، تُصدر الإلكترونات طيفًا متصلًا من الموجات الكهرومغناطيسية. يتميز هذا الإشعاع التلقائي من الإلكترونات بشدة عالية ونطاق طيفي واسع، مما يسمح باختيار الطول الموجي المطلوب بدقة وضبطه باستمرار. ولذلك، فقد أصبح نوعًا جديدًا من مصادر الضوء للبحث العلمي.
البنية الرئيسية لمصدر الضوء:
يتكون بشكل أساسي من مسرع خطي، ومعزز، وحلقة تخزين، وخطوط شعاعية، ومحطات تجريبية.
تاريخ التطوير:
خصائص مصدر الضوء
- كثافة عالية
على سبيل المثال، يتطلب تصوير عيوب البلورات بالأشعة السينية باستخدام جهاز أشعة سينية تقليدي عادةً من 7 إلى 15 يومًا من التعريض، بينما لا يستغرق استخدام مصدر إشعاع السنكروترون سوى بضع ثوانٍ أو دقائق. وبذلك، تتحسن كفاءة العمل عشرات آلاف المرات. كما أن سطوع إشعاع السنكروترون العالي يمكّنه من أداء العديد من المهام التي لا تستطيع مصادر الضوء التقليدية القيام بها. - طيف واسع
يغطي إشعاع السنكروترون نطاقًا طيفيًا واسعًا، يمتد من الأشعة تحت الحمراء والضوء المرئي والأشعة فوق البنفسجية الفراغية والأشعة السينية اللينة وصولًا إلى الأشعة السينية الصلبة. وهو حاليًا المصدر الضوئي الوحيد القادر على تغطية هذا النطاق الواسع مع الحفاظ على سطوع عالٍ. - محاذاة عالية
يتميز إشعاع السنكروترون المستخرج عبر المكونات البصرية بتجميع ممتاز. بعد التركيز، يمكن تعزيز سطوعه بشكل كبير، مما يتيح دراسة عينات صغيرة للغاية وعناصر نادرة في المواد. - الطبيعة النابضة
ينبعث إشعاع السنكروترون من حزم الإلكترونات التي تدور دوريًا في حلقة التخزين، مما ينتج عنه بنية زمنية من النبضات تتراوح مدتها من النانوثانية إلى الميكروثانية. هذه الخاصية تُمكّن من دراسة العمليات المعتمدة على الزمن مثل التفاعلات الكيميائية، والإثارات الفيزيائية، والتغيرات الخلوية البيولوجية. - الاستقطاب
على غرار الضوء المرئي، يمكن أن يُظهر إشعاع السنكروترون المنبعث من حلقة التخزين استقطابًا خطيًا أو دائريًا تبعًا لزاوية الراصد. ويمكن استخدام هذه الخاصية لدراسة اتجاه معلمات محددة في العينات.
التطبيقات الرئيسية:
مواد هندسية
يوفر خط شعاع المواد الهندسية HEPS أساليب اختبار غير مدمرة ذات قدرة اختراق عالية، ودقة مكانية متعددة المقاييس، وحساسية عالية للكثافة، ودقة زاوية عالية، وخصائص مجال واسع. ويتيح هذا الخط إجراء دراسات في الموقع، غير مدمرة، متعددة الأبعاد، ومتعددة المقاييس للخصائص الميكروية والمتوسطة للمواد الهندسية، بالإضافة إلى توزيع الإجهاد المتبقي. علاوة على ذلك، يدعم البحث في العلاقات بين تقنيات التصنيع والمعالجة، وظروف التحميل والبيئة، وأداء الخدمة الكلي للمواد.
المواد المتقدمة
تُعدّ الطباعة ثلاثية الأبعاد الصناعية، كمثالٍ على تقنيات التصنيع المتقدمة، عنصرًا أساسيًا في استراتيجية “صُنع في الصين 2025”. غالبًا ما تُؤدي عمليات التصنيع المعقدة إلى تطورات في البنية المجهرية وإجهادات متبقية، مما يُؤدي إلى تدهور أداء المواد وفشلها المبكر. يُتيح نظام HEPS تشخيصًا فوريًا وغير مُتلف لظروف التصنيع والتشغيل، مما يُوفر رؤى بالغة الأهمية حول العلاقة بين البنية المجهرية والأداء، ويدعم تعزيز موثوقية المواد المتقدمة.
التحفيز والطاقة
يكمن مفتاح تطبيقات الطاقة الخضراء الفعّالة والنظيفة والمتجددة في فهم عمليات التفاعل التحفيزي الكيميائي، بالإضافة إلى تحقيق تحفيز قابل للتحكم على المستويين الجزيئي والنانوي. تتطلب هذه الدراسات مرافق إشعاع السنكروترون ذات تدفق عالٍ للأشعة السينية، وسطوع فائق، ودقة زمنية ومكانية ممتازة، والقدرة على إجراء تجارب في الموقع وأثناء التشغيل في ظل ظروف واقعية. ولا يمكن توفير هذه الظروف البحثية إلا باستخدام أجهزة إشعاع السنكروترون ذات السطوع العالي والانبعاثية المنخفضة للغاية.
الطاقة الجديدة
أصبح النفط والغاز الصخريان من أبرز الموارد العالمية في مجال التنمية. وباستخدام تقنية التصوير المقطعي النانوي (nano-CT) من شركة HEPS، يُمكن الحصول على صور ثلاثية الأبعاد لبنية الصخر الزيتي بدقة نانومترية، مما يكشف عن خصائص التوزيع المكاني لمسام الصخر الزيتي، ويُتيح قياس معايير مثل ترابط المسام، وتوزيع أحجامها، وحجمها الكلي. إضافةً إلى ذلك، تُتيح طرق التشتت بزاوية صغيرة تحديد المسام النانوية وتوزيعها على مختلف المقاييس، مما يوفر بيانات علمية لدراسة خصائص تخزين النفط والغاز الصخريين.
التوزيع العالمي لمصادر ضوء السنكروترون
تُستخدم مصادر ضوء إشعاع السنكروترون على نطاق واسع في الاقتصاد الوطني والبحث العلمي والصناعات الدفاعية، وتُعد المواد المغناطيسية المختلفة جزءًا أساسيًا منها.
