تابش سنکروترون
امروزه برای قرار گرفتن در مرز دانش در علوم و صنعت نیازمند استفاده از تجهیزات پیشرفته است. دسته ای از این تجهیزات پیشرفته که خدمت شایانی را به محققین در تحقیقات علمی ارائه کرده است، شتابگرهای ذرات هستند. دسته ای از این شتابگرها که به سنکروترون معروف هستند، به عنوان یک منبع تابش نور با انرژی قابل تنظیم و ویژگی های خاص و منحصر به فرد در زمینه های مختلف علوم شامل شیمی، فیزیک، زیست شناسی، صنعت، پزشکی، باستان شناسی، پتروشیمی، مهندسی مواد، ژنتیک، داروسازی و در مواردی در صنایع فضایی استفاده می شود. در یک شتابگر سنکروترون، الکترون ها به وسیله یک تفنگ الکترونی تولید شده و سپس توسط یک شتابگر خطی، شتاب داده می شوند و پس از رسیدن به یک سرعت معینی وارد حلقه انبارش الکترون شده و افزایش انرژی جنبشی الکترون ها در این حلقه صورت گرفته و الکترونها بواسطه حرکت در حلقه فوتونهایی در محدوده مادون قرمز (IR) تا پرتو ایکس سخت (Hard X-ray) را تولید می کنند. نور تولید شده توسط شتابگر سنکروترون دارای شدت فوق العاده زیادی است به طوری که مشاهده و مطالعه اجسام در مقیاس میکروسکوپی را فراهم می کند. هرچه طول موج نور کوتاه تر باشد، نفوذ آن به عمق ماده بیشتربوده و ذرات کوچکتری را می توان دید. از این رو اشعه ایکس که طول موج بسیار کوتاهی در حد آنگستروم دارد، اهمیت خاصی در مطالعه عمیق و دقیق مواد دارد. در واقع سنکروترون، پرتوایکس پر انرژی با درخشش بسیار بالا تولید می کند بطوری که با استفاده از آن می توان به اعماق مواد نفوذ کرده و آنها را شناسایی کرد.
انواع روش های طیف سنجی شامل XRD, XRF, XPS, UV, IR با پیشرفته ترین تجهیزات روز دنیا با قدرت تفکیک بسیار بالا در مراکز سنکروترون قابل انجام است، به‌طوریکه با تجهیزات معمول امکان پذیر نیست. علاوه بر این، بدلیل تمرکز پرتو نور سنکروترون در محدوده نانومتر، امکان تصویر برداری نقطه به نقطه از سطح و رسم نقشه شیمیایی وجود دارد. امروزه در مراکز سنکروترون انواع تکنیک هایی که با پرتو اشعه x قابل انجام است در شکل زیر آمده است.
سنکروترون سزامی
مرکز سنکروترون سزامی در منطقه خاور میانه در کشور اردن قرار دارد. در ابتدا این مرکز با حمایت مالی یونسکو در این کشور تاسیس شد و بعدا مورد استقبال کشورهای منطقه قرار گرفت. شتابگر سنکروترونی که در مرکز سزامی در حال حاضر مشغول به کار است، قبلا در کشور آلمان استفاده می شده است که در کشور اردن به روز رسانی شده است. کشورهای عضو در سزامی شامل ایران – پاکستان – ترکیه – قبرس – مصر – فلسطین – اردن – بحرین و [...] هستند. در حال حاضر سزامی برترین و بزرگترین مرکز بین المللی علمی در منطقه خاورمیانه است. کشور ایران در دوجهت جداگانه شامل ساخت شتابگر سنکروترون در داخل با عنوان چشمه نور ایران و دیگری عضویت در کمیته سزامی پیشتاز بوده است. در حال حاضر با توجه به اینکه چشمه نور ایران در حال ساخت است، بهترین بستر برای بهره برداری کشور و سرمایه گذاری در زمینه علوم، پژوهش و فناوری استفاده از سزامی توسط مراکز علمی کشور که در صدر آن دانشگاه ها هستند، می باشد.
خطوط پرتو سنکروترون سزامی
سنکروترون سزامی برای دریافت همزمان نور توسط بیست آزمایشگاه که به هر آزمایشگاه یک خط پرتو گفته می شود در نظر گرفته شده است. در حال حاضر سه خط پرتو از این مرکز در حال ارائه خدمات به کاربران هستند. این سه خط پرتوعبارتند از BM02-IR ، Material Science (MS) و BM08. خط پرتو مربوط به طیف سنجی فوتوالکترون (TXPES) توسط کشور ترکیه در حال طراحی مفهومی است و کار ساخت آن به زودی شروع می شود. لازم به ذکر است که خط پرتو TXPES اولین خط پرتو در سزامی است که ساخت آن توسط یک کشور عضو سزامی اجرا می شود. دو خط پرتو دیگر به نامهایMX و SAXS/WAXS طراحی مفهومی آنها شروع شده است و در آینده در مرحله ساخت قرار می گیرند. جدیدا خط پرتو BEATS جهت مقاصد علمی در زمینه توموگرافی راه اندازی شده و به زودی پذیرای کاربران سنکروترون در این زمینه تحقیقاتی خواهد بود.
BM02-IR : Spectromicroscopy Beamline using IR Radiation
خط پرتو IR در سنکروترون سزامی با مشارکت سنکروترون SOLEIL در فرانسه طراحی و اجرا شده است و در سال 2018 به روی کاربران باز شده است. منبع تولید نور این خط پرتو یک Bending Magnet است که تابشی در محدوده 2.5 تا 25 میکرومتر را برای کاربر فراهم می کند و بدین ترتیب محدوده مادون قرمز دور و نزدیک را برای کاربر مهیا می کند. پایانه این خط پرتو مجهز به یک طیف سنج FTIR که با یک میکروسکوپ IR جفت شده است و امکان تصویر برداری از نمونه شیمیایی را فراهم می کند. تاکنون کارهای تحقیقاتی در زمینه علوم زیستی، داروسازی، محیط زیست،مهندسی مواد، باستان شناسی ، میراث فرهنگی و مرمت هنر در این خط پرتو صورت گرفته است.
https://www.sesame.org.jo/beamlines/ir
در زیر دو مقاله از کارهای پژوهشی انجام شده اخیر در این خط پرتو در حیطه پزشکی آورده شده است.
Synchrotron Fourier-Transform Infrared Microspectroscopy: Characterization of in vitro polarized tumor-associated macrophages stimulated by the secretome of inflammatory and non-inflammatory breast cancer cells.
Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Cell Research, Vol. , pp. (2022)
doi: 10.1016/j.bbamcr.2022.119367
Synchrotron-Radiation-Based Fourier Transform Infrared Microspectroscopy as a Tool for the Differentiation between Staphylococcal Small Colony Variants
Antibiotics, Vol. 11 - 11, pp. (2022)
doi: 10.3390/antibiotics11111607
Material Science Beamline
اجزای اصلی این خط پرتو اهدایی از مرکز سنکروترون سوئیس (Swiss Light Source) است که در سال 2017 به سزامی اهدا شده است. این خط پرتو از سال 2020 پذیرای کاربران سنکروترون بوده است و برای مقاصد
X-ray Powder Diffraction (XRPD) استفاده می شود. منبع تابش این خط پرتو محدوده انرژی بین 5 تا 25 کیلو الکترون ولت را فراهم می کند. از این خط پرتو برای تعیین فاز مواد، آنالیز کمی، تعیین ساختار اتمی، تعیین خصوصیات مواد میکرو ساختاری شامل نقص ساختاری و مطالعات سینتیکی استفاده شده است.
https://www.sesame.org.jo/beamlines/ms
در زیر پنج مقاله از کارهای پژوهشی انجام شده اخیر در این خط پرتو آورده شده است.
Functionality-Induced Locking of Zeolitic Imidazolate Frameworks
Chem. Mater., Vol. , pp. (2023)
http://dx.doi.org/10.1021/acs.chemmater.2c02832
Zeolite NPO-Type Azolate Frameworks
Angewandte Chemie International Edition, Vol. n/a - n/a, pp. e202207467 (2022)
doi: 10.1002/anie.202207467
Hydrogen adsorption on Co2+ - and Ni2+- exchanged -US-Y and -ZSM-5. A combined sorption, DR UV-Vis, synchrotron XRD and DFT study
International Journal of Hydrogen Energy, Vol. , pp. (2022)
doi: 10.1016/j.ijhydene.2022.07.130
Effect of vanadium and tungsten doping on the structural, optical, and electronic characteristics of TiO2 nanoparticles
Journal of Materials Science, Vol. , pp. (2022)
doi: 10.1007/s10854-022-08027-w
Environmentally adaptive MOF-based device enables continuous self-optimizing atmospheric water harvesting
Nature Communications, Vol. 13 - 1, pp. 4873 (2022)
doi: 10.1038/s41467-022-32642-0
BM08 - XAFS/XRF (X-ray Absorption Fine Structure/X-ray Fluorescence) spectroscopy beamline
این خط پرتو اختصاص به طیف سنجی جذبی پرتو ایکس دارد. منبع تابش این خط پرتو bending magnet است و محدوده انرژی 4.7 تا 30 کیلو الکترون ولت را با دانیسته فوتونی قابل ملاحظه ای فراهم می کند. این خط پرتو جهت انجام مطالعات طیف سنجی تابش اشعه ایکس در اکثر زمینه های مختلف در شاخه علوم و مهندسی کاربرد دارد. انجام طیف سنجی فلوئورسانس به طور همزمان با طیف سنجی جذبی در این خط پرتو امکان پذیر است . این خط پرتو از سال 2018 به روی کاربران سنکروترون باز شده است و در زمینه های تحقیقاتی مختلف شامل علوم زیست محیطی، انرژی ، باستان شناسی و کاتالیست استفاده شده است.
.jpg)
https://www.sesame.org.jo/beamlines/xafs-xrf
در زیر سه مقاله از کارهای پژوهشی اخیر در این خط پرتو آورده شده است.
Strategy to Probe the Local Atomic Structure of Luminescent Rare Earth Complexes by X-ray Absorption Near-Edge Spectroscopy Simulation Using a Machine Learning-Based PyFitIt Approach
Inorg. Chem., Vol. 00 - 00, pp. 0000-0000 (2023)
doi: 10.1021/acs.inorgchem.2c03850
Optimizing the electrochemical activity and understanding the reaction mechanism of Li3.27FeII0.19FeIII0.81V(PO4)3 cathode material for lithium-ion batteries
Journal of Power Sources, Vol. 575, pp. 233190 (2023)
doi: 10.1016/j.jpowsour.2023.233190
Singlet Molecular Oxygen Generation via Unexpected Emission Color-Tunable CdSe/ZnS Nanocrystals for Applications in Photodynamic Therapy
ACS Appl. Nano Mater., Vol. , pp. (2023)
SESAME HIGHLIGHTS
MOF-based device enables harvesting of atmospheric water from dry, desert air
Synchrotron-based X-ray fluorescence analysis of Byzantine plaster figurines from Jordan museum
Singlet molecular oxygen generation in CdSe/ZnS nanocrystals for applications in photodynamic therapy
Formation of the defect dipoles around dopants demonstrated in dielectric ceramics
