الليزر أنواعه و تطبيقاته

ماهية الليزر:

الليزر (laser) كلمة منحوتة من أوائل الحروف للكبسات التالية: Light Ampliflcation of Slimuled Emmission of  Radiation  (وهي تعني: تضخيم الضوء بواسطة الإصدار الخفي للإشعاع). واللايزر إشعاع يتراوح طول موجته بين 45 – 1000 نانومتر، ويجري التحكم بزيادة قدرة الإشعاع عبر زيادة كلاً من (أو أياً من)  شدة الإشعاع (Intensity) وزمن التعرض (Exposure time) وحجم البؤرة الإشعاعية، وهذه الأخيرة يمكن التحكم بها بواسطة عدسات تفرق الأشعة ويتراوح قطر البؤرة بين 25-500ميكرون.

أول الأجهزة اللايزرية اعتمدت على قضيب من الياقوت الاصطناعي (Ruby) كوسط فعال (Active media) أحد طرفيه مفضض كلياً والطرف الثاني مفضض جزئياً يحيط به ضوء نابض (Flashing Lamp) وبإنارة المصباح (الموضوع على شكل ملف (Coif) الفوتونات ( وهي الجسيمات الضوئية) باتجاه قضيب الياقوت.

منها ما يسير فيه بالتوازي مع محوره فتنعكس عن الطرف المفضض كلياً باتجاه الطرف المفضض جزئياً وتخرج منه بعد تكثيفها إشعاعا مركزاً – بينما تتشتت الفرتونات الغير موازية لمحور القضيب، ثم ظهر اللايزر الغازي واستخدمت فيه غازات الهيليوم (He) والنيون (Ne) وثاني أكسيد الكربون (CO2). أو الأرجون (Ar) والكريبتون (Cr) وغيرها، وفي هذه اللايزرات يخدم الغاز كوسط فعال. –

أنواعه:

تستخدم في العالم ثلاثة أنواع رئيسية من اللايزر هي: لايزر ثاني أكسيد الكربون (Coc-Lasar) ولايزر ياخ (YAG-Laser) ولايزر إكسيمير (Excimere-Lasar).

ولا يزال ثاني أكسيد الكربون هو أكثر أنواع اللايزر استخداماً. وسطه الفعال مكون من غاز ثاني أكسيد الكربون في حين أن مصدر الإنارة (Stimulator) هو ملف كهربائي يحدث تفريغاً كهربائياً (Electric Discharge) يحفز الالكترونيات على إصدار الفوتونات. ونظرياً فإن طاقة الجهاز القصوى هي 38% (أي أنه يمكن تحفيز 38% من الالكترونات لإصدار الفوتونات). إلا أن الطاقة القصوى التي أمكن الوصول إليها حالياً لا تتعدى 30% وأضخم لايزر صناعي من هذا النوع طاقته 25 كيلو وات. إلا أن الأميركيين استطاعوا إنتاج لايزر (Dytirium Alumina) طاقته 400 كيلو وات للاستخدامات العسكرية.

أما لايزر ياخ (YAG) فوسطه الفعال مكون من قضيب مصنوع من مادتي الألمنيوم والديتريوم (Dytirium Alumina Gamet) ومصدر الإنارة هو من جديد مصباح نابض محفز لالكترونات النيودين (Neodyne ) الموجودة في جهاز اللايزر إشعاعات كهرومغناطيسية بطول موجة قدرة 1046 نانومتر ( وهو قريب من طول موجة الأشعة تحت الحمراء) مما يجعل هذه الإشعاعات غير مرئية لذا يرفق بها شعاع صوتي طول موجته 632 ناتومتر وذلك بغرض التهديف والتصويب الدقيقين. أجهزة اللايزر هذه لها قدرات عالية تتراوح بين 5 – 15 ميللي – جول (MJ). وهي ترسل مخروطاً ضوئياً بزاوية 16 درجة فتحدث بؤرة إشعاعية قطرها 16 درة من هذه الأشعة يصدر عدد من النبضات يتراوح بين 1 –   9 نبضات، وتستغرق النبضة زمناً لا يتعدى عُشر نانو ثانية (10/1 نانو ثانية). ويستخدم هذا اللايزر في التلحيم الدقيق. والجراحة الدقيقة (كجراحة العيون) والترقيم وغير ذلك.

طريقة معالجة بواسطة اللايزر

لايزر إكسيمير هو الأقل استعمالاً من بين الأنواع الثلاثة. وذك لحداثة اكتشافه. وهو لايزر غازي شبيه جداً من حيث المبدأ بلايزر (CO2) وكان استعماله مقتصراً على الأسلحة، إلا أنه الآن يأتي مستخدماً في مجالات صناعية عديدة.

ولا يفوتنا هنا أن نذكر اللايزر الياقوتي لا يزال يستخدم في جميع أنحاء العالم في أعمال الجراحة والتعليم الدقيق وغيرها وأيضاً نذكر أن أنواعاً عسكرية فقط من اللايزر أحدها لايزر فلور الهيدروجين (Hydrogen florine Laser) وهو ليزر كيميائي ينتج طاقة عالية، إلا أن المعلومات عنه قليلة لأنه سلاح سري.

خصائصه:

يتمتع اللايزر – على أنواعه – بخصائص عديدة تجعله مفيداً في أكثر من مجال. فحدة إشعاعه العالية ودقتها تعطي إشعاعاً دقيقاً جداً (قطره بين 35 – 500 ميكرون) ذا حرارة عالية جداً ( تقارب حدة حرارة الشمس) معاً يجعله ذو فائدة كبرى في عمليات التلحيم والثقب الدقيقين وكذا في الجراحة الدقيقة. وتمتاز أشعة اللايزر بطاقة توجيه عالية، إذ أن موجات الأشعة تسير باستقامة إلى مسافات بعيدة جداً خلافاً للأنوار الكاشفة التي تنتشر فوراً، وتلك أشعة اللايزر خاصية التماسك والانتظام (أي أن الموجات لها نفس طول وتتواصف إحداهما مع الأخرى قمة (Node) فقمة وسوسفحا (Anti Node) فسفحا). في حين أن الضوء العادي مضطرب وغير منتظم.

تطبيقاته:

إن الخصائص المتنوعة لأشعة اللايزر تجعله يدخل العديد من المجالات كالبصريات والالكترونيات والطب والصناعة والاتصالات والقياس والرصد والأسلحة. ففي البصريات تسمح خاصية التماسك والانتظام بالحصول على «الهولوغرامات» (Holograms) متنوعة. وفي الصناعة يجري استخدام في التقطيع والتلحيم والمراقبة. فمثلاً

يستخدم اللايزر في مراقبة عيوب الأنسجة والإشارة إليها وهو في ذلك أدق وأسرع من البشر أنفسهم. أما في الطب. فيقدم اللايزر أعظم إنجازاته في مجال الجراحة، وأحد أكبر منافعه أنه يسد المجاري الدموية الدقيقة مما يمنع النزيف أثناء عملية القطع. والآن يجري إنقاذ العديد من المرضى والمصابين بالقرحات المعوية النازفة. فبعد أن يحدد الطبيب مكان القرحة عن طريق « الأندوسكوب»

(وهو جهاز بصري حديث يطلق إشعاعاً ليزرياً عبر ألياف بصرية (Optical Fibers) لتخثير الدم وإيقاف النزيف ومن ثم القيام بالعملية الجراحية مما يخفف من خطر نزيف عنيف يؤدي إلى وفاة المريض. أما في طب العيون. فالإنجازات تتوالى. فباستخدام اللايزر يجري الآن إنقاذ 60% من المصابين باعتلال في الشبكية بسبب السكري ( وهو ما يؤدي غالباً إلى العمى) وكذلك ينقذ اللايزر معظم المصابين البالغين بداء الزرق ويرد إليهم أبصارهم. ويستخدم اللايزر في معالجة بعض أمراض السرطان كسرطان الجلد. كما يشفي من التقرحات الجلدية المزمنة. وأحد أهم المجالات التجريبية في الطب التي يمكن استخدام اللايزر فيها هو طب الجينات. ذلك أن أحد أهم الصعوبات الكبرى الحالية في مجال هندسة الخلايا الوراثية تكمن في تغيير هذه الخلايا حسب الطلب. ولا يمكن استخدام أدوات الجراحة التقليدية في هذا المجال لفخامتها وغلظتها بالمقارنة مع الخلايا. وقد استطاع علماء سوفييت استخدام صباغ يلصق بنفسه بدقة عالية على طرق من جزيء (DAN) (الحمض النووي الريبي المنقوص الأكسجين) ثم إتلاف الصباغ بواسطة ضوء فوق البنفسجي صادر عن لايزر نيتروجيني، وبالتالي تم كسر السلسلة الوراثية في تلك النقطة.

أما في مجال الاتصالات، فالأمر لا يقل أهمية عما سبق. ذلك أن كمية المعلومات ممكن نقلها بواسطة الموجات الكهرومغناطيسية تعتمد على ذبذبة الموجات، وفي حين أن الذبذبة في خطوط التلفون تكون بين 1000 – 4000 هرتز (دورة في الثانية) (Hertz). وفي إشارات التلفزيون تصل إلى 50 مليون هرتز. فإنها في موجات الضوء تصل إلى 800 تريليون هرتز. وهذا يعني قدرة هائلة على نقل المعلومات. لذا نجد علماء الاتصالات يتخلون عن الأسلاك ويتجهون نحو الألياف البصرية واللايزر. وأيضاً يقوم هؤلاء العلماء بالعمل على بناء نظام اتصالات لاسلكي مع الأقمار الاصطناعية والمركبات الفضائية باستخدام اللايزر.

أما في مجال الأسلحة، فالاهتمام باللايزر أشده. فقد سبق أن استخدام اللايزر في مجالات التصويب وتحسين دقة تهديف الأسلحة على أنواعها (طائرات، دبابات، سفن، أسلحة فردية، الخ .. ) واليوم تتواصل الاختبارات على أجهزة لايزر ذات طاقة عالية تطلق أشعة تحت الحمراء تعمل على تسخين الأهداف إلى درجة تدمير مكوناتها الأساسية. وكذلك من أجل إنتاج لايزر قادر على توجيه نبضات سريعة إلى هدف تبخر النبضة منها جزءاً من سطح الهدف بتدميره كلياً. والأمر الذي يشد انتباه الباحثين العسكريين نحو اللايز سرعته المماثلة وكونه يواصل قدرات هائلة إلى مسافات بعيدة. فسرعة اللايزر هي سرعة الضوء ( 3×10/8م/ثانية) بينما لا تتجاوز سرعة أسرع هدف 2000م/ثانية. ويعمل الآن كثير من العلماء والعسكريين الأميركيين من أجل تطوير منظومة لايزر فضائية لإسقاط الصواريخ العابرة للقارات (ICBMR) في مرحلة تحليقها خارج الغلاف الجوي. لأن هذا الأخير يمتص معظم موجات الأشعة الضوئية مما يجعل إصابة الصواريخ من الفضاء شبه مستحيلة.

وبالرغم من أن الغلاف الجوي لا يمتص موجات اللايزر (CO2) إلى أن الغيوم تفعل ذلك وكان السوفييت قد ركبوا أنظمة لايزر على بعض أقمارهم الاصطناعية من طراز كوزموس لتدمير الأقمار الأميركية. إلا أن هذه الأسلحة اللايزرية عاجزة عن ملاحقة الصواريخ النووية واستقامتها.

إن اللايزر كأداة بات ضرورياً ومهماً في عصر التطور التقني المتلاحق والمتسارع. واستخدام تقنية اللايزر بات أمراً ضرورياً للبلدان المتقدمة. وفي بلادنا لا زلنا نفتقد إلى معاهد البحوث والمؤسسات العلمية التي تعمل على تطوير استخدام تقنية اللايزر. فإلى متى السبات العميق وإلى متى التخلف؟؟.

صالح جدايل