وفاق دانشمندان کشور برای ساخت ابرآزمایشگاه ملی/ «چشمه نور» به درمان روشنی می‌بخشد

خبرگزاری علم و فناوری آنا- گروه علم و فناوری؛ میترا سعیدی کیا: طرح چشمه نور ایران یا «شتابگر ملی» یک آزمایشگاه بزرگ بین رشته‌ای مبتنی بر شتاب‌دهنده سنکروترون است که در پژوهشگاه دانش‌های بنیادی اجرا می‌شود. این آزمایشگاه، معطوف به پرتوهای نوری بسیار درخشنده است که با عنوان پروژه «شتابگر ملی» از سال ۱۳۸۸ در کشور کلید خورد. این طرح یکی از بزرگ‌ترین پروژه‌های علمی کشور محسوب می‌شود که یک آزمایشگاه عظیم است و زمینه اجرای تحقیقات رشته‌های مختلف را برای محققان هموار می‌‌کند. 

به طور دقیق‌تر «شتابگر ملی»، 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. این شتابگر به دلیل تابش فوتونی شدیدی که در آن تولید می‌شود «چشمه نور» نامیده می‌شود. فعالیت‌های مطالعاتی و انجام طراحی‌های اولیه و مفهومی طرح با تشکیل گروه‌های مختلف علمی، فنی و تخصصی برای انجام طراحی‌های اولیه و مفهومی شروع و پس از مشورت‌ها برای ساخت شتابگر سنکروترون الکترون و مطالعات جایابی آغاز شد. تاکنون فازهای طراحی مفهومی و طراحی پایه آن به پایان رسیده است.

برای انتخاب ساختگاه طرح چشمه نور ایران، سه منطقه شامل منطقه ۲۲ تهران، دانشگاه صنعتی اصفهان و اراضی شمال دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره) قزوین پیشنهاد شدند. مهم‌ترین معیارهایی که برای انتخاب ساختگاه طرح مورد توجه قرار گرفتند «ایمنی در برابر لرزش‌های زمین»، «آمایش سرزمین»، «دسترسی به محیط‌های صنعتی -دانشگاهی و ریلی- هوایی» بودند. سرانجام با انجام مطالعات زمین شناسی و لرزه نگاری و با در نظر گرفتن سایر عوامل، شهر قزوین به عنوان محل ساخت پروژه بزرگ چشمه نور ایران انتخاب شد.

این طرح ملی، نخستین تسهیلات آزمایشگاهی در مقیاس بزرگ برای پژوهش‌های بین‌رشته‌ای در ایران است و انتظار می‌رود پس از تأسیس آزمایشگاه، سالانه هزاران دانشمند و محقق از این آزمایشگاه ملی در تحقیقات خود استفاده کنند. هدف اصلی این طرح ملی، ایجاد اولین آزمایشگاه مقیاس بزرگ برای انجام تحقیقات نانو فناوری و مطالعات بین رشته‌ای در ایران و رفع نیازهای فنی و تخصصی دانشمندان و محققان کشور است.

بر اساس آخرین آمار، در کل دنیا حدود ۵۰ شتاب‌دهنده سنکروترون وجود دارد که برخی از آن‌ها مانند سزامی قدیمی‌تر هستند؛ اما حدود ۱۵ شتاب‌دهنده سنکروترون به روز و پیشرفته در دنیا وجود دارد که سنکروترون چشمه نور ایران نیز مشخصاتی نظیر این شتاب‌دهنده‌های پیشرفته خواهد داشت. این طرح در راستای بومی سازی و سرریز فناوری به صنایع کشور اجرایی می‌شود که به واسطه آن بخش قابل توجهی از صنایع کشورمان به ویژه صنایع دانش‌بنیان ارتقا خواهند یافت.

تفاوت اصلی این تابش با اشعه ایکس معمولی در طیف باریکه و تک انرژی بودن آن است درحالی که در تابش‌های معمولی طیف انرژی این تابش پهن است. به همین دلیل تابش با کیفیت آن تأثیر زیادی در دقت خروجی و تشخیص‌ها دارد. از آنجایی که ما توانایی تصویربرداری و دیدن برخی جزئیات را نداریم، با راه اندازی آزمایشگاه چشمه نور ایران خودکفا می‌شویم؛ زیرا می‌توان از این آزمایشگاه به عنوان ابزار تصویربرداری و تشخیصی در تمام علوم و فناوری‌ها بهره برد که این موضوع علوم، فناوری‌ها و صنایع ما را ارتقا و تحت تأثیر قرار می‌دهد.

در حین انجام طراحی‌های مفهومی و پایه، حجم زیادی از تحقیق و توسعه در محل پروژه اجرا شده است. طرح چشمه نور ایران به واسطه ماشین‌ها و تجهیزات مدرن خود می‌تواند تابشی همدوس را تولید کند که در تصویربرداری‌های مختلف پزشکی، داروسازی، عکسبرداری از فعل و انفعالات داخل سلول‌ها، مواد و بهینه‌سازی مصرف سوخت و انرژی و ... کاربرد دارد. در تمام آزمایشگاه‌های دنیا مرسوم است که برای استفاده از خطوط باریکه با توجه به مشخصات آن‌ها، هزینه‌ای ساعتی از کاربر دریافت می‌شود و این به خودی خود می‌تواند برای این آزمایشگاه درآمدزا باشد. همچنین این خدمات می‌تواند به کاربران سایر کشورها از جمله کشورهای منطقه ارائه شود.

اجزای شتابگر ملی

شتابگر ملی 10 بخش دارد

این شتابگر شامل تفنگ الکترونی، شتابگر خطی، حلقه فزاینده، حلقه انبارش، الکترومغناطیس ها، سامانه تزریق گر، کاواک های بسامد رادیویی، اتاقک اپتیکی، اتاقک آزمایش، ایستگاه داده برداری می شود.

در راستای اهمیت این پروژه ملی معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش بنیان ریاست جمهوری شرایط بازدیدی از این آزمایشگاه‌های این پروژه با هماهنگی پژوهشگاه دانش‌های بنیادی برای خبرنگاران فراهم کرد. در این بازدید، علاوه بر اهمیت انجام چنین طرح بزرگی به معرفی آزمایشگاه‌های مختلف پروژه، بومی سازی قطعات تحریمی، نقش شرکت‌های دانش بنیان در پیش‌برد پروژه و همکاری دانشجویان رشته‌های مختلف مانند فیزیک و انرژی هسته‌ای و ... پرداخته شد.

مروری بر فعالیت های پژوهشگاه دانش های بنیادی و اقدامات شروع شتابگر ملی

آرش صادقی پناه معاون علمی فنی پژوهشگاه دانش‌های بنیادی در بازدید خبرنگاران از این پژوهشگاه گفت: پژوهشگاه دانش های بنیادی نخستین بار تحت عنوان مرکز تحقیقات فیزیک نظری و ریاضیات در سال 1367 تاسیس شد. در حال حاضر این پژوهشگاه دارای 9 آزمایشگاه، 4 طرح میانی، 36 عضو هیئت علمی  دائم، 115 پژوهشگر پسادکتری است؛ از ابتدای تاسیس 306 همایش بین المللی و 124 سمینار و سخنرانی توسط اساتید بین المللی برگزار شده که در آن 1500 میهمان خارجی حضور داشت. در کل این پژوهشگاه 149 دانش آموخته مقطع دکتری  دارد که توانسته 30 جایزه بین المللی کسب کند.

وی با اشاره به پژوهشکده های پژوهشگاه دانش های بنیادی گفت: پژوهشکده های ذرات و شتابگرها،  فیزیک، ریاضیات، علوم زیستی، علوم کامپیوتر، علوم نانو، فلسفه تحلیلی و نجوم در این پژوهشگاه مستقرند.

معاون علمی فنی پژوهشگاه دانش های بنیادی با بیان اینکه حرکت در مرزهای دانش سرلوحه کار پژوهشگاه دانش های بنیادی بوده است، گفت: تاکنون 9600 مقاله در مجلات بین المللی توسط محققان پژوهشگاه چاپ شده است.  همچنین 15 نفر از اعضای هیات علمی پژوهشگاه، بیش از هزار استناد داشته اند. 40 درصد مقالات محققان این پژوهشگاه، با همکاری محققان بین المللی است. تاکنون 1500 نفر از اساتید خارجی در این پژوهشگاه حضور داشته اند تا طرح های بزرگی مانند رصدخانه ملی را پیش ببریم.

صادقی‌پناه ادامه داد: یکی از طرح های کلان مهم پژوهشگاه دانش های بنیادی طرح «چشمه نور» ایران است که با اسم «شتابگر ملی» ایران هم شناخته می شود. چشمه نور یک ابر آزمایشگاه یا یک آزمایشگاه مقیاس بزرگ است.

وی ادامه داد: ابعاد این آزمایشگاه برابر با یک استادیوم فوتبال است؛ قطر این ساختمان حدود 280 متر است و داخل  آن یک شتاب دهنده سینکروترونی ذرات وجود دارد که الکترون ها را شتاب می دهد و از آن الکترون ها تابش اشعه ایکس همدوست یا کوهرنس تولید می‌شود که این تابش برای تصویربرداری و آنالیز در ابعاد دهم نانومتر و ابعاد کسر مولکولی استفاده می شود؛ این تابش می تواند نیازهای خیلی از کاربران جامعه علمی و صنعتی کشور را برطرف کند.

صادقی پناه با اشاره به کارکرد شتاب دهنده سینکروترون گفت: روند کار در شتابگر ملی به این صورت است که نخست الکترون‌ها در تفنگ الکترونی تولید شده و وارد شتابگر خطی می‌شوند. در شتابگر خطی (که شامل سه بخش است) انرژی آن‌ها به ۱۵۰MeV رسیده و از طریق خط انتقال Linac to Booster به حلقه بوستر وارد می‌شوند.

معاون علمی فنی پژوهشگاه دانش های بنیادی افزود: انرژی الکترون‌ها در بوستر به ۳GeV می‌رسد و سپس خط انتقال Booster to Storage ring الکترون‌ها را به سوی حلقه انبارش هدایت می‌کند. الکترون‌های انبار شده در این جا با بهره‌گیری از مغناطیس‌های خم‌کننده و ابزارهای الحاقی فوتونهایی در محدوده مادون قرمز تا پرتو ایکس سخت با شدتی میلیون‌ها برابر لامپ پرتو ایکس تولید می‌کنند.

وی ادامه داد: این پرتوها به خطوط باریکه هدایت شده و برای استفاده کاربران آماده می‌شود. برای رسیدن به گسیلندگی بسیار کم، صرفه جویی در انرژی و هزینه، حلقه انبارش چشمه‌ی نور ایران بر پایه میدان مغناطیسی ۰.۷۲T طراحی شده است.

 صادقی پناه با بیان اینکه تصاویر به دست آمده از سینکروترون و اشاعه ایکس تفاوت خیلی زیادی دارد، گفت: سینکروترون ها نقش بسیار مهمی در نقش شناسایی پروتئین های دیواره ویروس ها دارند.با این توضیحات می توانیم اینطور استنتاج کنیم که تصاویر واضحی می تواند در چه حوزه های علمی و صنعتی مختلفی چنین ابزار آنالیز و تصویربرداری کاربرد داشته باشد. 

معاون علمی فنی پژوهشگاه دانش های بنیادی گفت: در مقایسه ساده بین تابش ایکس ساده با تابش ایکس سینکروترونی می توان به مقایسه بین کودکانی در حال بازی که با سرعت های مختلف در جهت های مختلف می دوند و سربازهایی که رژه می روند اشاره کرد.

وی با بیان اینکه اکثر کشورهای پیشرفته از این دستگاهها در کشورشان ساخته اند، گفت: آمریکا بیش از 4 دستگاه، چین دو دستگاه، روسیه دو دستگاه، آلمان 7 دستگاه فعال دارد و در حال ساخت هشتمین به عنوان بزرگترین دستگاه دنیا است. همچنین فرانسه دو، ژاپن سه ، تایوان دو، برزیل دو دستگاه را ساخته است. این نشان می دهد برای توسعه علم و صنعت در کشورها نیاز به چنین دستگاههایی است و برای آن سرمایه گذاری عظیمی می کنند.

معاون علمی فنی پژوهشگاه دانش های بنیادی گفت: در ابتدا، دستگاه ایکس ری سپس دستگاه های سینکروترون نسل اول، نسل دوم، نسل سوم نظیر ماشین های سزامی آلبا و ESFR و بعد از آن دستگاه های نسل چهارم در حال ساخت هستند که طراحی چشمه نور ایران هم منطبق بر همین نسل و همین فناوری است در کشورها مد نظر قرار گرفته شده است. درخشندگی در دستگاههای جدید هزار برابر بیشتر از دستگاههای قدیمی است.

تقویم تاریخچه چشمه نور در ایران

وی با اشاره به خلاصه تاریخچه از چشمه نور ایران گفت: این طرح از سال 1386 برای اولین بار تعریف شد و در هیئت امنای پژوهشگاه دانش های بنیادی به تصویب رسید. مطالعات امکان سنجی این طرح در معاونت علمی، فناوری و اقتصاد دانش بنیان ریاست جمهوری تا 1389 تایید شد و عملا این طرح با تایید در مرحله انجام مطالعات قرار گرفت.

صادقی پناه ادامه داد: از آن سال کمیته های اجرای راهبردی تشکیل شد. طراحی مفهومی اولیه و سیاست های ساخت این ماشین 1391 اولین بار تکمیل و مورد تصویب قرار گرفت و محل ساخت و احداث همین موقع انتخاب شد.

معاون علمی فنی پژوهشگاه دانش های بنیادی با بیان اینکه در سال 1394 کمیته مشورتی شتابگر برای تایید این طراحی ها متشکل از9 نفر از برجسته ترین دانشمندان بین المللی در مراکز تحقیقاتی دنیا ایجاد شد، گفت: در سال 1395 عملیات ساختمانی این طرح آغاز و طراحی پایه در دو مرحله سال های 96 و 99  تکمیل شد. سایتی که برای ساخت چشمه نور ایران در نظر گرفته شده در شمال شهر قزوین و نزدیک به دانشگاه بین المللی امام خمینی است. پارامترهای بسیار مختلفی برای انتخاب محل سایت در نظر گرفته شده از جمله دسترسی به مراکز دانشگاهی و صنعتی، دسترسی به فرودگاه های بین المللی، بحث های پدافند غیرعامل، بحث های لرزه نگاری و ژئوتکنیک بوده است.

وی گفت: محل این سایت با زیربنای 46 هزار و 500 متر مربع شامل چندین آزمایشگاه مختلف می شود که ساخت همین ساختمان هم یک بحث فناورانه و نیازمند فناوری های بسیار پیشرفته می شود و بعضا در کشور هم ساخته نشده است.

همکاری دانشمندان برجسته با پروژه چشمه نور که شهید شدند

صادقی پناه با تاکید بر اینکه آزمایشگاه شتابگر خطی یکی از آزمایشگاه هایی بوده که از سال ها پیش در پژوهشگاه دانش های بنیادی تاسیس شده بود، گفت: کار روی اولین نمونه شتابگر خطی در کشور با مشارکت محققان برجسته ای همچون شهید شهریاری از دانشگاه شهید بهشتی بود.

انتقال شتابدهنده به قزوین تا پایان سال

معاون علمی فنی پژوهشگاه دانش های بنیادی با بیان اینکه برنامه داریم این شتاب دهنده را تا پایان امسال به ساختمان تحقیق و توسعه ای که در قزوین ساختیم انتقال دهیم، عنوان کرد: بعد از انتقال، پروژه های علمی بیشتری با این شتاب دهنده انجام خواهد شد.

کاربردهای چشمه نور

در ادامه احمد حقیقت مدیر اجرایی پروژه شتابگر ملی درمورد چشمه های نور به خبرنگاران گفت: چشمه نور در فاز اول که باریکه های الکترونی و فوتونی شتاب دهنده 4 مگاالکتروولت بوده پارسال راه اندازی شده و اکنون استفاده کاربری از آن انجام می شود. این شتاب دهنده به سایت قزوین منتقل می شود که امکانات آزمایشگاهی بیشتری در آن وجود دارد و خدمات دهی بهتری به مراکز علمی و صنعتی انجام می دهد.

به گفته وی شتاب دهنده خطی 25 مگاالکتروولت و خط باریکه تابش تراهرتز انتهای سال 1403 راه اندازی خواهد شد. سپس این شتاب دهنده تا سال 1404به  75 مگاالکتروولت ارتقا پیدا می کند. برنامه داریم تا عدد شتابگر خطی را به 150 مگاالکتروولت برسانیم که هدف نهایی طرح است، برسد.

حقیقت با بیان اینکه این شتابدهنده کاربردهای متفاوتی دارد، گفت: کاربردهای پزشکی از جمله مواردی است که با استفاده از این طرح به آن توجه می شود؛ در آینده نزدیک دستگاه های تولید تابش تراهرتزبه عنوان  دستگاه های مرسوم تصویربرداری سریع و بی خطر به جای سونوگرافی که روشی بی دقت در بیمارستان هاست، خواهند شد. کشف مواد غیر مجاز در فرودگاه ها هم موردی است که در کشورهای دیگر انجام می شود و در کشور ما هم نیاز است.

مدیر اجرایی پروژه شتابگر ملی با تاکید بر اینکه برای افزایش سطح فناوری در بسیاری از حوزه‌ها نیاز به چشمه نور است، گفت: استحصال معادن، تصویربرداری پزشکی، صنایع غذایی مانند تولید بستنی، خودروسازی، تولید کاتالیست‌های جدید برای شیرین سازی آب از جمله کاربرد‌های این طرح است.

وی گفت: اکنون روش‌هایی مانند شیمی درمانی و درمان سرطان با جراحی منسوخ شده و این نیاز به استفاده از روش‌های جدید دارد که اجرای این پروژه به ارتقا درمان کمک می‌کند.

وفاق دانشمندان ایران برای ساخت ابرآزمایشگاه ملی

در این بازدید علاوه بر ذکر اهمیت اجرای پروژه بخش های مختلف آزمایشگاههای بسامد رادیویی، باریکه خطی، منبع تغذیه، آزمایشگاه مغناطیس مورد رویت قرار گرفت. آن موضوعی که در میان صحبت ها توجه مخاطب خبرنگار را جلب می کرد، همکاری دانشجویان رشته های فیزیک و مهندسی هسته ای از دانشگاه های صنعتی شریف، تهران، شهید بهشتی، اصفهان، صنعتی اصفهان بود. برای ساخت جزء جزء بخش های این ابرآزمایشگاه از علم ایرانی و محققان ایرانی در دانشگاهها و شرکتهای دانش بنیان استفاده می شود؛ جوانانی که عرق به این مرز و بوم را در قالب همکاری با این پروژه  انتخاب کردند تا در مرز دانش حرکت کنند و بتوانند گامی در راستای پیشرفت  کشور بردارند.

این موضوع سبب می شود که ایران نه تنها به جمع تولید کنندگان شتابگر ملی در کشورهای پیشرفته و در حال پیشرفته بپیوندد بلکه باعث حرکت در راستای درمان بیماری، ساخت تجهیزات؛ کشاورزی و صنایع غذایی، تصویربرداری پزشکی، زمین شناسی، باستان شناسی می شود.