کد خبر: ۱۷۵۴۵۹

تاریخ: ۰۳ دی ۱۴۰۴ - ۰۹:۱۸

چشمه نور ایران، قطب جدید پژوهش‌های منطقه؛

ایران پیشرفته‌ترین شتابدهنده نوری خاورمیانه را طراحی می‌کند

بازارکار| مرز‌های اکتشافات علمی و پیشرفت‌های صنعتی، بیش از پیش به ابزار‌های کلان و پیچیده وابسته شده‌اند. در ایران نیز، پروژه «چشمه نور ایران» یا «شتابگر ملی»، به‌عنوان یکی از بزرگترین پروژه‌های زیرساختی علمی کشور، با هدف ایجاد تسهیلات آزمایشگاهی عظیم برای تحقیقات بین‌رشته‌ای در حال پیگیری است. این پروژه که در زمینی به وسعت ۵۰ هکتار در قزوین به مرحله اجرا درآمده، یک شتاب‌دهنده ذرات پیشرفته از نوع سنکروترون است که وظیفه تولید پرتو‌های ایکس و تابش نوری بسیار درخشنده و منحصر‌به‌فرد را بر عهده دارد.

تابش تولیدشده توسط این ماشین، به پژوهشگران حوزه‌های شیمی، فیزیک، داروسازی، و حتی باستان‌شناسی این امکان را می‌دهد که ساختار مواد را در مقیاس نانومتری و اتمی تحلیل و تصویربرداری کنند؛ قابلیتی که پیش از این تنها در اختیار کشور‌های توسعه‌یافته بود. تکمیل موفقیت‌آمیز این طرح، علاوه بر ارتقای اقتدار علمی، ایران را به‌عنوان اولین کشور در منطقه به سازنده این فناوری تبدیل کرده و می‌تواند به قطب جذب محققان خارجی بدل شود.

حسین کریمی مسئول گروه خلاء شتاب‌دهنده چشمه نور ایران و پژوهشگر پسا دکترای ارشد در پژوهشگاه دانش‌های بنیادی. دوره دکترای خود را در دانشگاه صنعتی اصفهان گذرانده است، در ترم دوم دکترا او که بورسیه طرح چشمه نور ایران شده بود مدتی هم در آزمایشگاه‌های مطرح دنیا در این حوزه، مانند آلبا در اسپانیا و شتاب‌دهنده استرس در سوئیس، دوره‌های آموزشی خود را گذراند. برای روشن‌تر شدن ابعاد این پروژه ملی و چشم‌انداز آن، با مهندس حسین کریمی، مسئول گروه خلاء شتاب‌دهنده چشمه نور ایران و پژوهشگر پسا دکترای ارشد در پژوهشگاه دانش‌های بنیادی گفت‌و‌گو کرده‌ایم که در ادامه می‌خوانید:

این طرح اساساً چیست و قرار است چه‌کار بکند؟

ببینید، به صورت عامیانه بخواهیم بگوییم، در دنیای واقع ما با استفاده از پرتو‌های نور می‌توانیم محیط پیرامون خودمان را ببینیم. در طول روز نور خورشید به صورت یک منبع طبیعی پرتو‌های نور را تولید می‌کند. این نور به سطح زمین می‌رسد، به اجسام می‌خورد، منعکس می‌شود و به چشم ما می‌رسد و ما محیط پیرامون خودمان را می‌بینیم. این دیدن، یک توانایی منحصر به فردی را برای ما ایجاد می‌کند.

نکته‌ای که وجود دارد این است که چشم ما تنها قابلیت دیدن بخش کوچکی از طیف گسترده امواج الکترومغناطیسی را دارد، در حالی که این امواج با طول موج‌های مختلف وجود دارند. آن امواج الکترومغناطیسی که چشم ما توانایی دیدنشان را دارد، تنها یک بخش کوچک از دامنه گسترده امواج الکترومغناطیسی هستند. حالا اگر ما بتوانیم امواجی با طول موج‌های بسیار کوتاه را تولید بکنیم و وسایلی را داشته باشیم که این امواج را به یک سری نمونه بزنیم و انعکاسش را به‌وسیله تجهیزات خاص تشخیص (دتکت) کنیم، می‌توانیم اطلاعات خیلی بیشتری نسبت به محیط اطرافمان به دست بیاوریم.

در واقع نوری که به آن ماده می‌خورد و منعکس می‌شود، می‌تواند یک ماده، یک داروی نوترکیب، یک آلیاژ جدید از یک فلز یا یک محلول شیمیایی باشد. به این ترتیب، شیمیدان ما، فیزیکدان ما، داروساز ما، یا کسی که در حوزه تشخیص ویروس کار می‌کند، می‌توانند بفهمند که استراکچر و ساختار آن ماده چیست.

مثلاً وقتی که تصویربرداری پزشکی می‌روید و استخوان شما شکسته، شما یک پرتو ایکس می‌گیرید و بدون اینکه بافت را باز کنید، یک تصویری دارید از آن استخوان که داخلش شکسته است. پرتو‌های ایکس این ویژگی را دارند که از دست شما عبور کنند؛ حالا آن بخشش که چگالی بیشتری دارد، اجازه نمی‌دهد پرتو رد شود، اما بافت‌های نرم این اجازه را می‌دهند که پرتوی ایکس عبور کند و به این ترتیب شما می‌توانید داخل آن عضله را ببینید و ببینید استخوان چه وضعیتی دارد.

حالا اگر ما یک وسیله‌ای داشته باشیم که بتواند نور با طول موج‌های بسیار کوتاه را تولید کند—که به آن می‌گوییم «چشمه نور» —و آن نور را از نمونه‌هایی که می‌تواند یک داروی نوترکیب یا یک ویروس باشد عبور دهیم، می‌توانیم اطلاعات دقیقی درباره مواد تشکیل‌دهنده آن دارو یا ویروس به دست بیاوریم، منتها در ابعاد بسیار ریز، در فواصل بین مولکولی و اتمی. مثلاً وقتی که ویروس کرونا سروکله‌اش پیدا شد، خود سنکروترون شانگهای در چین دو تا از باریکه‌خط‌های خودش را به این امر اختصاص داد که ساختار پروتئاز ویروس کرونا را استخراج کنند. اینها نمونه‌هایی از ویروس کرونا را در مقابل پرتوی نور قرار دادند که به‌وسیله این ماشین چشمه نور تولید می‌شود و ساختار پروتئاز این ویروس را با دقت یک‌دهم آنگستروم استخراج کردند و این دیتا را در اختیار آزمایشگاه‌های ساخت واکسن قرار دادند و آنها توانستند روی ساخت واکسنش کار کنند.

هدف ما در چشمه نور ایران این است که در فاز اول، ما یک شتاب‌دهنده‌ای را می‌سازیم. این شتاب‌دهنده می‌آید یک سری ذرات به اسم الکترون را شتاب می‌دهد، اینها را به سرعت نور می‌رساند. این الکترون‌ها حین عبور از میدان‌های مغناطیسی تولید امواج الکترومغناطیسی می‌کنند که این امواج الکترومغناطیسی همان پرتو‌هایی هستند که ما با استفاده از آنها می‌توانیم در خصوص ساختار مواد اطلاعات به دست بیاوریم. هدف نهایی ما تولید پرتو‌های با شار و درخشندگی زیاد در محدوده طیفی مادون قرمز تا اشعه ایکس سخت است. به همین خاطر ما به این ماشین می‌گوییم یک لایت سورس یا چشمه نور. تجهیزاتی که این امکان را به ما می‌دهند تا بتوانیم طیف‌های مختلف را تولید کنیم و با استفاده از این نور‌ها در فواصل بسیار کوچک بین اتمی و مولکولی بیاییم اطلاعات استخراج کنیم و بفهمیم که ماده ما یا ویروس ما از چه چیزی تشکیل شده است.

در مقایسه با پروژه‌های عظیمی مثل سرن، این پروژه چقدر هزینه داشته است؟ می‌دانم که ابعاد چیزی که شما می‌گویید کوچک‌تر است، ولی راجع به چقدر پول حرف می‌زنید و آیا دولت یا بخش خصوصی پشت آن است؟

واقعیت امر این است که حالا شما به شتاب‌دهنده سرن اشاره کردید، هدف از ساخت شتاب‌دهنده سرن بیشتر مطالعه در زمینه فیزیک ذرات بنیادی است. آن یک برخورددهنده است؛ یعنی ذرات را آنجا شتاب می‌دهند تا اینها به همدیگر برخورد کنند و ببینیم که ذرات از چه ریزذره‌هایی تشکیل شده‌اند. اما در چشمه نور، هدف ما تولید نور است و ماهیتش یک‌جورایی با آن شتاب‌دهنده برخوردی فرق می‌کند.

اگر یک اسکیل تقریبی از هزینه بخواهید، بر اساس آن چیزی که در کشور‌های دیگر ساختش هزینه داشته، یک چیزی بالای ۳۰۰ میلیون دلار هزینه ساخت یک همچین وسیله‌ای است. کشور‌های توسعه‌یافته معمولاً یک یا دو عدد از این دستگاه‌ها را ساخته‌اند و این ماشین‌ها را دارند؛ یعنی شما وقتی روی نقشه نگاه می‌کنید، کشور‌های اروپایی تقریباً همه یک دونه از این وسیله را دارند. در شرق آسیا، ما ژاپن، کره، چین و تایوان را داریم که همه یکی یک دونه از این ماشین‌ها را دارند. خود آمریکا چندین عدد دارد.

این دستگاه‌ها یک نوعی از شتاب‌دهنده هستند که به آن سینکروترون می‌گویند، و علت نام‌گذاری‌اش هم این است که هزاران قطعه باید با فرکانس چند مگاهرتز، یعنی در هر ثانیه چندین میلیون بار با هم سینک شوند تا ما موفق شویم باریکه را شتاب بدهیم.

اینطور که من فهمیدم، کاربرد این دستگاه یا این ماشین هم در صنعت می‌تواند باشد، هم در پزشکی. درست است؟

دقیقاً. مثل یک دارالفنونی می‌شود، نهایتاً وقتی که یک همچین ماشینی ساخته شود، که ما شیمیدان، فیزیکدان، داروساز و کسی که در حوزه زیست‌شناسی کار می‌کند را داریم. اینها می‌توانند بیایند از این نور استفاده کنند و کیفیت کار پژوهشی خودشان را چندین مرتبه ارتقا دهند.

معمولاً اصطلاحی که می‌آیند می‌گویند دارو‌های ایرانی آن خاصیتی که دارو‌های خارجی دارند را ندارند یا آن کیفیت را ندارند. خب، واقعیت هم این است که شما وقتی یک دارویی را که تهیه می‌کنید، باید ببینید که واقعاً آن ترکیب شیمیایی که مدنظر شما بوده تشکیل شده یا نه و مقدارش و غلظتش و کیفیتش را بیایید بسنجید. خیلی از شرکت‌های داروسازی خارجی از این نور استفاده می‌کنند تا ببینند که آیا آن ترکیب شیمیایی را به دست آورده‌اند یا نه. اگر ما بتوانیم این وسیله را در اختیار داروساز‌های خودمان قرار دهیم، خب آنها طبیعتاً کیفیت کار خودشان را می‌توانند افزایش دهند.

یا مثلاً در حوزه خودروسازی، فکر می‌کنم شرکت تویوتا در ژاپن چندین باریکه‌خط از سینکروترون که در آنجا وجود دارد را با هزینه خودش آمده ساخته که بتواند مثلاً آلیاژ‌هایی که تهیه می‌کند یا قطعاتی که در خودروی خودش استفاده می‌کند را از لحاظ متریال آنالیز کند. یا حتی نمونه‌های جالب‌ترش، مثلاً یک شرکت شکلات‌سازی در سوئیس، برای اینکه ببیند آن طعم واقعی شکلات آیا وجود دارد یا نه—بعضی از این شکلات‌ها هستند که طعم بهتری دارند—برای اینکه ببینند آن طعم ناشی از چیست، اینها می‌آیند شکلات را در معرض آن تابش قرار می‌دهند و می‌بینند فلان ماده شیمیایی در این شکلات بیشتر است و نتیجه می‌گیرند که اگر می‌خواهیم طعم بهتر شکلات را داشته باشیم، باید سعی کنیم که این ماده را در آن شکلات خودمان بیشتر کنیم. پس در صنایع غذایی هم می‌تواند کاربرد داشته باشد.

یعنی حتی در بحث باستان‌شناسی هم می‌تواند کاربرد داشته باشد؟

بله، حتی در بحث باستان‌شناسی. شما یک اثر هنری، مثلاً یک تابلویی برای چند صد سال قبل را بدون اینکه بخواهید به آن آسیب بزنید، می‌خواهید بدانید آن رنگی که استفاده شده چیست. می‌توانید آن تابلو را در مقابل تابش سنجش کنید و ببینید ترکیباتی که در آن رنگ استفاده شده چیست و در نتیجه بگیرید از چه ماده طبیعی گرفته شده است. نمونه‌های جالبی وجود دارد، مثلاً در دنیا این کار را قبلاً انجام داده‌اند و در یک نمونه دیدند که روی تابلوی نقاشی که داشتند این بررسی‌ها را انجام می‌دادند، دیدند یک نقاشی دیگری پشت آن نقاشی وجود دارد که با استفاده از تابش توانستند آن نقاشی مخفی‌شده را هم ببینند، بدون اینکه آسیبی بزنند.

شما نگفتید که این سرمایه‌گذاری دولت است یا بخش خصوصی؟

سرمایه‌گذار اصلی پروژه‌ای با این ابعاد دولت است و دولت متولی این است که بیاید این بودجه را اختصاص دهد. ولی می‌تواند به‌عنوان یک سرمایه‌گذاری از طرف دولت دیده شود که موتور محرک تحقیقات و پژوهش در خیلی از شاخه‌های مختلف است. معمولاً هم در دنیا همین متداول است که دولت می‌آید بودجه را اختصاص می‌دهد و این ماشین ساخته می‌شود و نهایتاً پژوهشگر در اختیار آن کشور قرار می‌گیرد.

چند کشور این ماشین را دارند؟ یعنی ما اگر این پروژه را انجام دهیم، وارد چه جمعی می‌شویم؟

کشور‌های توسعه‌یافته معمولاً این ماشین را دارند. اما یک نکته قابل‌توجه این است که در منطقه خاورمیانه ما همچین ماشینی را نداریم. یک پروژه‌ای بود تعریف شد به اسم سزامی (SESAME) که با مشارکت هفت، هشت کشور در منطقه خاورمیانه تصمیم گرفتند که یک شتاب‌دهنده‌ای به همین شکل را بسازند در کشور اردن. آن یک‌گونه شتاب‌دهنده‌ای بود که قبلاً در آلمان ساخته شده بود و داشت از سرویس خارج می‌شد. آنها آمدند آن را به کشور‌های منطقه اهدا کردند که بتوانیم این تکنولوژی را ما به این منطقه بیاوریم. ولی خب، آن خودش مال چند نسل قبل است. یعنی آن شتاب‌دهنده‌ای که در حال حاضر در اردن وجود دارد و ما هم در آن دخیل هستیم و مشارکت داریم، مربوط می‌شود به نسل قبل‌تر از این ماشین.

ولی الان در حال حاضر در دنیا نسل‌های جدیدی وجود دارد که کیفیت پرتو تولیدی در آنها خیلی بهتر است و از تکنولوژی‌های به‌روزتری استفاده شده است. در خود پروژه چشمه نور ایران، ما به‌عنوان تنها کشوری در خاورمیانه هستیم که اولاً تیم نیروی انسانی داریم که می‌تواند این ماشین را طراحی کند. خود همین یک نکته بسیار مثبتی است. ما متخصصینی داریم که امروز می‌توانند ماشینی را طراحی کنند که در زمره پیشرفته‌ترین ماشین‌های حال حاضر دنیا است و این شاید جزو پیشرفته‌ترین ابزار‌هایی است که به دست بشر ساخته شده است. سوای از آن، ما این پتانسیل را داریم که به دلیل اینکه در این منطقه همچین ماشینی با چنین کیفیتی وجود ندارد، بهره‌برداری از این ماشین با این پتانسیل همراه باشد که سایر محققین از کشور‌های منطقه بیایند اینجا و از این ماشین استفاده کنند و به عنوان یک قطب در این منطقه دیده شویم.

به عنوان سوال آخر، چقدر از این پروژه انجام شده؟ آیا هنوز در حد ایده است؟

این پروژه خیلی فراتر از ایده رفته است. در حال حاضر، این ساختار زمینی پروژه در قزوین، نزدیک دانشگاه بین‌المللی امام خمینی (ره) است و یک سری ساختمان‌های اولیه آنجا ساخته شده است. در حوزه تکنولوژی‌های مورد نیاز برای ساخت این ماشین، ما پیشرفت‌های خیلی خوبی را داشتیم. به عنوان مثال، تجهیزاتی که نیاز است، از قبیل کاواک‌های رادیو فرکانسی، ما موفق شدیم نمونه‌های اولیه را بسازیم. مغناطیس‌هایی که برای هدایت پرتوی باریک الکترون احتیاج است، ما توانستیم نمونه‌های اولیه را بسازیم و با موفقیت تست شدند. در حوزه ساخت سیستم‌های خلاء هم ما پیشرفت‌های خیلی خوبی را داشتیم و توانستیم اولین نمونه از پمپ‌های خلاء را بسازیم. در کل، هدف ما این است که تکنولوژی‌های مورد نیاز برای ساخت این پروژه را تا آنجایی که امکان دارد بومی‌سازی کنیم که تا یک حد خیلی خوبی پیش رفتیم. بعد از آن، به نظر من، چیزی که الان بیشتر مورد نیاز است، بحث حمایت‌های مالی از طرف دولت است که این پروژه شتاب بیشتری بگیرد نسبت به قبل که ان‌شاءالله بتوانیم در آینده‌ای نه چندان دور شاهد بهره‌برداری از آن باشیم.