لیزر الکترون آزاد پرتو ایکس (X-Ray FEL - XFEL)، در فیزیک (Physics)
انواع لیزرها (Laser) را در آموزش زیر شرح دادیم :
لیزر الکترون آزاد پرتو ایکس (X-Ray FEL - XFEL) :
X-Ray Free-Electron Laser (XFEL) پیشرفته ترین و قدرتمندترین نوع لیزر الکترون آزاد است که در محدوده پرتو ایکس سخت (حدود ۰٫۱ تا ۱۰ نانومتر) کار می کند. XFELها پالس هایی با توان پیک گیگاواتی تا تراواتی، پهنای پالس فمتوثانیه و طول موج قابل تنظیم تولید می کنند. آنها ابزاری بی نظیر برای مطالعه ساختار اتمی ماده و دینامیک فوق سریع در مقیاس اتمی هستند. اولین XFEL عامل، LCLS (Linac Coherent Light Source) در آمریکا بود که در سال ۲۰۰۹ راه اندازی شد.
مکانیزم: XFELها بر اساس رژیم SASE (Self-Amplified Spontaneous Emission) کار می کنند. یک شتاب دهنده خطی فوق رسانا با انرژی بسیار بالا (چند GeV تا چند ده GeV) یک باریکه الکترونی با کیفیت فوق العاده بالا تولید می کند. این باریکه از یک آندولاتور بسیار طولانی (چند صد متر) متشکل از هزاران آهنربا عبور می کند. برهمکنش باریکه با میدان تابش خودبه خودی، منجر به خوشه بندی و رشد نمایی شدت تا رسیدن به اشباع می شود. خروجی یک پرتو ایکس با همدوسی بالا است.
کاربردهای XFEL انقلابی در بسیاری از علوم ایجاد کرده است: زیست شناسی ساختاری (تعیین ساختار پروتئین ها و ویروس ها بدون نیاز به بلورهای بزرگ)، شیمی (فیلم برداری از واکنش های شیمیایی در مقیاس اتمی)، فیزیک ماده چگال (مطالعه حالت های عجیب ماده مانند پلاسمای چگال و ماده در شرایط شدید)، و علم مواد (بررسی دینامیک فازها و نقص ها).
چالش های XFEL: اندازه عظیم (طول شتاب دهنده می تواند به چند کیلومتر برسد)، هزینه ساخت و نگهداری میلیاردها دلاری، و نیاز به تیم های بزرگ علمی و فنی. با این حال، اطلاعات علمی که از آنها به دست می آید، بی نظیر است. تأسیسات XFEL فعال عبارتند از: LCLS (آمریکا)، SACLA (ژاپن)، European XFEL (آلمان)، و PAL-XFEL (کره جنوبی).
