لیزرِ الکترونِ آزاد برای بررسی رفتار سلولی

اخیراً محققانی از فرانسه و ژاپن روشی ابداع کرده اند که به کمک آن می توان علاوه بر کاهش اندازه یک لیزر الکترون آزاد (free electron laser or FEL)، برای اولین بار، نوری همدوس با طول موج های اشعه X و زیر &#۱۷۷۹&#۱۷۷۸ نانومتر تولید کرد. با اصلاح این روش می توان پالس های کاملاً همدوس با طول موج &#۱۷۷۸ تا &#۱۷۸۰ نانومتر تولید کرد. چنین پالس هایی برای مطالعات زیستی بسیار ارزشمند هستند.

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

در لیزر های FEL بر خلاف لیزر های معمولی از یک مسیر موجدار و سینوسی
برای باریکه الکترونی استفاده می شود. در این لیزر ها، پس از شتاب
گرفتن باریکه الکترونی تا حد سرعت نور، الکترون ها تابشی به نام تابش
سینکروترون انجام می‌دهند.

الکترون های تابش کننده با یکدیگر بر هم‌کنش کرده و تابش مذکور را
تقویت می کنند و به این ترتیب تابشی خود تقویت شده به نام SASE در
گستره ای از طول موج ها به وجود می آید. انرژی الکترون ها و مکان
آهنربا های شتابدهنده (undulator) در FEL قابل تنظیم است. چنین طراحی
ای برای FED با مشکلاتی همراه است که وجود پالس های نوری بی ثبات و
نوسانی یا «اسپایک» ها (spikes) از آن جمله می باشند.

یکی از راه های حل این مشکل که گروه تحقیقاتی ذکر شده از آن استفاده
کرده اند، اضافه کردن یک چشمه همدوسِ خارجی به FEL می باشد. این گروه
در آزمایشات خود که در شتابدهنده 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 موزون تری 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 چشمه FEL می گردد (طول آهنربای
شتابدهنده از ۹ متر به ۴ متر کاهش می یابد) و طول موج خروجی، محدوده
فرابنفش تا X را شامل می شود. گفته می شود که زمان بقای پالس های خروجی
تنها ۱۳–۱۰ تا۱۴–۱۰ ثانیه بوده و بیشینه روشنایی آنها نسبت به چشمه های
سینکروترون معمولی، ۱۰ میلیارد برابر بیشتر است.

از تابش سینکروترون به شکل وسیعی در زیست شناسی و برای تعیین ساختار
پروتئین ها استفاده می شود. به کمک چشمه هایی نظیر FED مذکور، که پرتو
آنها توسط آب جذب نمی شود، می توان عملکرد پروتئین ها در سلول را
مشاهده نمود.

هم اکنون محققان مذکور قصد دارند تا جبهه 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.