الفيزياء

أنواع أشعة “الليزر” واستخداماتها في مجالات الحياة المتعددة

2002 في رحاب الكيمياء

الدكتور نزار رباح الريس , الدكتورة فايزة محمد الخرافي

KFAS

أشعة الليزر مجالات الحياة المتعددة الفيزياء

يعدّ العالم ألبرت آينشتاين (A. Einstein) الأب الحقيقي لفكرة الليزر ، ففي عام 1916 وضع نظريتين حول "الانبعاث المحفز" Stimulated Emission ، والتي تعتمد على سؤال بسيط وهو : ماذا يحدث إذا ما قمنا بقذف إلكترون موجود في مستوى طاقة متهيج بفوتون له نفس الطاقة تماماً .

وبعد أن أجرى آينشتاين العديد من الحسابات توصل إلى أن هذه العملية ستؤدي إلى تحفيز الإلكترون للعودة إلى مدار طاقته الأساسي بعد أن يطلق فوتوناً آخر له نفس طاقة الفوتون الأول وبالتالي نفس اللون ، وسوف يتذبذب الفوتونان معاً بشكل متزامن وفي نفس الاتجاه . 

وإذا ما واجه هذان الفوتونان إلكترونات متهيجة مشابهة في طريقهما تكررت نفس العملية السابقة مع كل منها لتضيف مزيداً من الفوتونات المشابهة للحزمة الضوئية الأصلية ، مما يؤدي إلى تكبير الشعاع الناجم وهو شعاع الليزر . 

 

ومن هنا تم اشتقاق اسم "الليزر" الذي يعني تضخيم الضوء بواسطة الانبعاث المحفز للاشعة، والكلمة مشتقة من الحروف الأولى لاسم هذه العملية (LASER;Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) . 

ويتميز شعاع الليزر بأنه ذو اتجاه محدد، وهو بذلك يختلف عن شعاع الضوء العادي الذي ينتشر في جميع الاتجاهات . 

وبالإضافة إلى ذلك فإنه شعاع متماسك أحادي الطور الموجي ، أي أنه يتألف من حزمة ضيقة جداً من الأشعة .

 

ولقد كان الفيزيائيان الأمريكيان تاونز (C.H. Townes) وشاولو (A.L. Schawlaw) أول من بين إمكانية بناء جهاز لإنتاج أشعة الليزر وذلك في العام  1954

وفي عام 1960 قام تيودور ميمان (T.Miman) بصنع أول جهاز ليزر ضوئي في مختبرات أبحاث الطيران في كاليفورنيا باستخدام مادة العقيق الاصطناعية ، وهي عبارة عن أكسيد الألومنيوم غير النقي والمحتوي على ذرات من عنصر الكروم الذي يعطي العقيق لونه الأحمر . 

ومنذ ذلك الوقت أصبح هناك العديد من أجهزة الليزر منها ما يعتمد على المواد الصلبة أو السائلة أو الغازية أو بعض الأصباغ إضافة إلى الليزرات الكيميائية وشبه الموصلة وليزرات الإلكترون الطليق وغيرها . 

وعلينا أن نعرف أن هذه الأجهزة المختلفة تنتج أنواعاً مختلفة من أشعة الليزر والتي تختلف في خواصها مثل طول موجتها وحجمها وقدرتها .

 

وقد وجدت أشعة الليزر العجيبة مجالات متعددة للاستخدام ، فمنها ما يستخدم للأغراض العسكرية ، وأخرى تستخدم في مجالات الطب والزراعة والصناعة .  ولا بد لنا من القول بأنه لا يوجد نوع واحد من الليزر يمكن استخدامه لجميع الأغراض . 

فهناك جهاز الليزر الغازي الذي يستخدم خليطاً من الهيليوم والنيون والذي ينتج شعاعاً مرئياً من الليزر يتجه في خط مستقيم بحيث يصلح للاستخدام في أغراض تحديد الاتجاه عند حفر الأنفاق أو تمديد الأنابيب لمسافات طويلة . 

وهناك الليزر النبضي الذي يستخدم في الرادار ،  لذا يطلق عليه أحياناً اسم ليدار LIDAR، ويسمح ضيق شعاعه بالتحديد الدقيق للهدف .  ويستخدم هذا النوع لتحديد المسافات الكبيرة بدقة متناهية.

فهو يقيس المسافة بين الأرض والقمر بدقة تصل إلى عدة سنتيمترات .  ويستخدم هذا النوع من الليزر أيضاً في تحديد مقدار انزلاق القارات بعضها عن بعض . 

 

ويمكن تثبيت هذا الليدار على طائرة للتصوير عن بعد ورسم خريطة دقيقة للجهة المقصودة ، حيث بإمكانه إظهار تفصيلات الأشياء على سطح عمارة أو السيارات التي تسير في شوارع المدن . 

ويستخدم هذا النوع أيضاً في تحديد كثافة الهواء في الجو وكذلك رصد التيارات الهوائية واتجاهاتها ، وبالتالي مراقبة الأحوال الجوية والتنبؤ بالعواصف والأعاصير . 

وإضافة إلى ذلك فإن هذا النوع من الليزر يستخدم في تحديد حركة القشرة الأرضية وإمكانية حدوث الزلازل والبراكين .

 

وفي مجال الطب ، تستخدم أشعة الليزر في معالجة تصلب الشرايين عن طريق إذابة وتبخير التسربات الدهنية في الشرايين المتصلبة ، مما يقلل من إمكانية حدوث الجلطات القاتلة .

ويتم ذلك عن طريق تركيب مصدر لليزر في طرف قسطر )أنبوب دقيق) قطره أقل من ثلاثة ملليمترات ، يتم إدخاله في الشرايين وتسليط شعاع الليزر على منطقة الترسبات الدهنية .  وقد استخدم الليزر كذلك في إزالة التجاعيد الجلدية وفي جراحات الدماغ والأذن والجاهز الهضمي والجهاز التنفسي وعنق الرحم وجراحات العيون .

وفي مجال الصناعة وجد الليزر استخدامات عديدة تتمثل في كونه مصدراً للحرارة العالية .  حيث يستخدم في قص وحفر السيراميك والماس والياقوت وعمليات اللحام والمعالجات الحرارية وكذلك فتح الثقوب الدقيقة في المواد المختلفة .

 

ومن مجالات استخدام الليزر الحديثة أيضاً الاستشعار عن بعد وماله من تطبيقات مهمة . ومن أمثلة ذلك مراقبة الانسكابات النفطية التي تؤدي إلى تلوث البحار حيث يمكن تحديد طبيعتها وصفات النفط المنسكب وصولاً إلى تحديد مصدر هذا التلوث .

وهناك التطبيقات في مجال الزراعة ، إذ أمكن استخدام الليزر في عمليات تسوية الأراضي وذلك بتركيب جهاز خاص لليزر في عربة الستوية (البولدوزر) مما يمكن سائقها من قراءة إشارات المسح الليزري فيؤدي عمله بسرعة وإتقان . 

وبالإضافة إلى ذلك استخدمت أشعة الليزر في إحداث تغيرات على الصفات الوراثية لبعض أنواع القمح ، مما أدى إلى الحصول على نوع جديد يحتوي على نسبة أعلى من البروتين ويتمتع بخواص ممتازة من حيث الطعم والحجم .

 

ومن محاسن الاستخدامات اليومية البسيطة لأشعة الليزر المتصلة بالحاسوب انها تلغي طوابير الفحص والتسجيل في الأسواق المركزية مثلاً . 

إذ يكفي أن يقوم العامل على آلة صرف النقود بتمرير السلعة المطلوبة على نافذة صغيرة ، حيث يقوم ليزر ذو قدرة صغيرة بمسح الخطوط الطولية السوداء المطبوعة على كل سلعة ، وهي التي تشكل شفرة عالمية لمنتوجات تتضمن معلومات عن اسمها وطبيعتها وسعرها . 

وتقوم اشعة الليزر المنعكسة عن السلعة المذكورة بحمل هذه المعلومات إلى جهاز الكشف الذي يحولها بدوره إلى نبضات كهربائية يتم خزنها في ذاكرة الحاسوب ، وخلال اقل من ثانية يقوم الحاسوب بشطب السلعة من قائمة الموجودات في السوق وكذلك طباعة سعرها على الآلة الحاسبة ، ليقوم الزبون بدفع ثمنها للبائع .

 

وفي مجال الفن يستخدم الليزر في الكشف على اللوحات الفنية الشهيرة ومعرفة ما إذا كانت اللوحة أصلية أم مزورة . 

ويتم ذلك بالحصول عن طريق الليزر على معلومات عن التركيب الكيميائي لألوان اللوحة ، وبمقارنة هذه المعلومات مع الحقائق المعروفة عن طبيعة الألوان المستخدمة في كل مرحلة تاريخية يمكن كشف حقيقة اللوحة المعنية .

وتستخدم انواع أخرى من الليزر في الحفاظ على الأعمال الفنية ، إذ يتم بواسطتها تبخير الطبقات الرقيقة من الأوساخ المتجمعة على سطح العمل الفني او إزالة طلاء يغطي الرسم الأصلي . أما عن المستقبل ، فهناك أبحاث كثيرة تبذل لاستخدام الليزر في مجال إنتاج الطاقة ، حيث يواجه الإنسان خطر نضوب مصادرها الطبيعية . 

 

ومن أمثلة ذلك ما يأمل العلماء في تحقيقه خلال العقدين الأولين من القرن الحادي والعشرين ، حيث يعمل هؤلاء العلماء على استخدام ليزرات عملاقة لإجراء تفاعلات الاندماج النووي والتي تؤدي بدورها لتكوين كم هائل من الطاقة . 

ويعتقد الكثيرون بأن أهم استخدامات الليزر لم تظهر بعد وأن الآمال معقودة على تنسيق العمل بين الليزرات والسواتل (satellites) والحواسيب ، هذا الثالوث الذي سيقدم للعالم خدمات تفوق الخيال.

مجلة العلوم
‫‪الهرمونات الجنسية  تفسر سبب إصابة الرجال أكثر بالفيروس
قلم:       ميريديث وادمان
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
في يناير ذكرت إحدى أولى النشرات العلمية عن المصابين بفيروس كورونا المستجد  Novel coronavirus في ووهان بالصين، أن ثلاثة من كل أربعة أدخلوا المستشفى كانوا ذكورًا. ومنذ ذلك الوقت أكدت بيانات من مختلف أنحاء العالم أن الرجال يواجهون خطرًا أكبر للإصابة بمرض شديد أو الوفاة، وأن الأطفال مستَثْنَوْن بشكل كبير. مؤخرًا، توصل العلماء الذين يبحثون في الكيفية التي يؤدي  الفيروس بها إلى الوفاة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪دراسات كبيرة تذوي آمال عقار الهيدروكسي كلوروكوين
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لأخبار كوفيد-19 يدعمها مركز بوليتزر Pulitzer Center.
عبر ضباب مزاعم الاستغلال، والأمل، والمبالغة في الدعاية، والتسييس الذي يكتنف الدواء هيدروكسي كلوروكوين Hydroxychloroquine، دواء لعلاج الملاريا Malaria الذي أعلن عنه كعلاج لمرض كوفيد-19 COVID-19، تبدأ حاليا الصورة العلمية بالتجلي.
الهيدروكسي كلوروكوين الذي أثنى عليه رؤساء كمعجزة شفائية محتملة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
‫‪مجرة درب التبانة و جيرانها
لسلام عليكم .. في كثير من حلقات البرنامج السابقة تكلمنا عن اهم عناصر المجموعة الشمسية التي نعيش فيها من كواكب و أقمار و كيوكبات و احزمة .. و انتهينا بشرح عن بلوتو و حدود المجموعة الشمسية .. ولكن هذه المجموعة تقع و تدور ضمن كيان و محيط اكبر .. و هي المجرة التي نعيش فيها و تحوي الملايين و الملايين من النجوم المشابهة لشمسنا و غيرها من الشموس و نطلق عليها درب التبانة .. في هذه الحلقة سنسافر في رحلة كونية بعيدة نتعرف فيها على بنية المجرة و مكوناتها ... (قراءة المقال)
أخبار العلوم
‫‪التعديل الوراثي التخلّقي يصل إلى الحمض النووي الريبي
قلم: كين غاربر، في شيكاغو بولاية إلينوي
ترجمة: صفاء كنج
انتقلت فكرة تأثير الواسمات الكيميائية في الجينات على تعبيرها الخارجي دون تغيير تسلسل الحمض النووي اختصاراً: الحمض DNA من كونها مسألة مفاجئة في الماضي إلى أن صارت مادة مقبولة تُدرس في الكتب.
ظاهرة التعديل الوراثي التخلقي Epigenetics، وصلت إلى الحمض النووي الريبي المرسال اختصاراً: الجزيء mRNA، وهو الجزيء الذي يحمل المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى مصانع تصنيع البروتين في ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪هل تنجح هيئة الخدمات الصحية في مشروع تتبع الاتصالات الذي تعده؟
جرّب الفرع الرقمي لهيئة الخدمات الصحية الوطنية اختصاراً: الفرع NHSX تطبيقا App سيخبرك ما إذا خالطت أي شخص ظهرت عليه أعراض كوفيد -19. ولكن ما هي التكلفة المترتبة على خصوصيتك جراء ذلك؟
إن أحد التحديات الكبيرة التي تطرحها مكافحة فيروس كوفيد-19 COVID-19 هو أنه معدٍ قبل ظهور أي أعراض على الأشخاص المصابين به. ويمكن أن يساعد تتبع الأشخاص الذين اختلطوا بالمصاب على الحد من انتشار الفيروس، من خلال معرفة عدد الأشخاص الذين ربما نقل إليهم المريض ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪من خارج هذا العالم
وب بانينو Rob Banino @robertbanino صحفي مستقل يعمل في بريستول
الحياة على المريخ أعالي البحار، الجزيرة الكبيرة، هاواي، الولايات المتحدة الأمريكية
بذلة الفضاء ليست أول ما يخطر في ذهن أي شخص يزور هاواي. هذا إلا إذا كان سيقضي ثمانية أشهر في موئل هاواي لاستكشاف الفضاء بالتناظر والمحاكاة Hawaii Space Exploration Analog and Simulation اختصاراً: الموئل HI-SEAS على بركان ماونا لوا. ويتيح الموئل HI-SEAS للباحثين دراسة كيفية تعامل الناس مع ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪المكملات الغذائية... ضرورة صحية أم ترف عصري
. أمجد قاسم
يحرص كثير من الناس على تناول مجموعة من المكملات الغذائية التي تعرف باسم المضافات التغذوية Nutritive Additives مع وجباتهم الغذائية، من أجل التمتع بصحة جيدة والعيش طويلاً، وتحصين أجسادهم قبل مواجهة الأمراض المختلفة. وتسوق كثير من الشركات العالمية لفوائد هذه المكملات في حملات دعائية، فتحيطها بهالة سحرية وتكسبها بعض الصفات المبالغ فيها في كثير من الأحيان. فأين تكمن الحقيقة؟ وهل تناول المكملات الغذائية على اختلاف أنواعها أمر صحي ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪كيف تعمل التكنولوجيا
المؤلف: DK ■ الناشر: DK ■ السعر: 16.99 جنيه إسترليني نحو 22 دولاراً ■ تاريخ الإصدار: صدر فعليّاً
لأنه موضوع قريبٌ جداً من قلوبنا هنا في مجلة كيف تعمل الأشياء، يأخذنا كتاب «كيف تعمل التكنولوجيا» في جولة عبر طرق العمل الداخلية لجميع أنواع آلات الحياة العصرية، من أمور مثل مصافي النفط وخطوط الطاقة، إلى مركبات مثل الدراجات والسيارات، إلى الآلات الأحدث مثل الدرونات ومسابير الفضاء، وكذلك التقنيات التي قد تضمن بقاءنا في المستقبل. برع الناشر ... (قراءة المقال)
مجلة مدار
‫‪أواخر أربعينات العمر: هل هذا هو الوقت الأكثر تعاسة في حياتنا؟
ا هو أتعس عمر؟ تفيد دراسة حديثة أنه أواخر سنوات الأربعين. إذ يبدو أن سعادتنا تميل إلى الانخفاض في منتصف العمر هذا، قبل أن تزداد باطراد خلال الخمسينات والستينات. وقد قارن د. ديفيد بلانشفلاور David Blanchflower -أستاذ الاقتصاد في كلية دارتموث في نيو هامبشير Dartmouth College in New Hampshire، في الولايات المتحدة الأمريكية- في هذه الدراساة ملفات بيانات 109 حالة من استبيانات السعادة من جميع أنحاء العالم، وتحرى العلاقات بين السعادة والعمر لمئات ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪النظائر المشعة وفوائدها الطبية
لمهندس أمجد قاسم
ترتبط كلمة الإشعاعات لدى كثير من الناس بالأخطار والكوارث النووية، إلا أن الحقيقة تدحض بعض تلك المزاعم، فعلى الرغم من أخطار بعضها، فإن لكثير من تلك الإشعاعات دوراً مفيداً للإنسان، وقدمت خدمات جليلة على امتداد نحو قرن من الزمن. علماً أنه في كل لحظة تخترق أجسامنا آلاف الأنواع من الأشعة، ولم يعرف الإنسان ماهيتها حتى وقت قريب نسبياً، بعد أن تنبه عدد من الباحثين لها، وجرى الكشف عن أنواعها وهويتها وفوائدها وأضرارها.
الإشعاع ... (قراءة المقال)
‫‪شهر يونيو شهر النشاط الفلكي
هر يونيو هو وقت تحدٍ للنشاط الفلكي، فهناك الكثير من الأحداث الفلكية التي يمكن مراقبتها مع الأطفال وخصوصاً الكسوف الشمسي الذي سيمر على منطقتنا في صباح يومٍ بتاريخ 21 يونيو 2020، لا تفوتوا فرصة مشاهدة هذا الحدث الرائع ولا تنسوا استخدام وسائل الأمان لحماية عيون أطفالكم وعيونكم.
استخدموا النظارات الخاصة برصد الكسوف لمتابعة هذا الحدث شبه النادر مع العائلة، لن تحتاج سوى إلى مكان تستطيع مشاهدة الشمس منه ونظارات حماية العيون من أشعة الشمس ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪ناسا تشهد اختفاء غابات بيرو
قلم: ميندي فايسبرغر
تُرى نتائج سنوات من إزالة الغابات في بيرو من الفضاء، ويتم تتبعها بواسط رسم بياني متحرك جديد يُنشأ باستخدام البيانات التي جمعها قمرا ناسا الاصطناعيان Landsat 7 وLandsat 8، ما بين عامي 2013 و2018، والتي تُظهر أن وتيرة فقدان الغابات تتصاعد بمعدل ينذر بالخطر. قامت أندريا نيكولاو Andrea Nicolau، وهي مساعد باحث في الدراسات العليا من جامعة ألاباما University of Alabama، بتحديد فقدان الغابات في الصور بواسطة تقنية تسمى تحليل ... (قراءة المقال)
‫‪علوم و فنون انترسلتر - الجزء الأول
لسلام عليكم .. في الحلقة الماضية تكلمنا عن اهم الأفلام التي صنعت في مجال الفضاء و الكونيات .. واستعرضت قائمة من ١٠ أفلام تكلمت فيها باختصار عن كل فلم و اهم مميزاته العلمية والفنية .. و كان فلم انتيرستيلر قد حل في المركز الاول و قد وعدت بان اخصص حلقة كاملة لشرح اهم المفاهيم العلمية التي طرحت في الفلم ..ولكن بعد مراجعة تفاصيل الفلم تبين انه من الأفضل ان اقسم المفاهيم التي سأطرحها الى حلقتين  .. حلقة أولى سأتكلم بنبذة بسيطة عن بذور ولادة هذا الفلم ... (قراءة المقال)
كيف تعمل الآشياء
‫‪ما سبب تحطّم أنوف التماثيل المصرية القديمة؟
قلم: لورا غيغل
كان المصريون القدماء فنانين مهرة نحتوا تماثيل لا حصر لها لتمثيلِ الفراعنة والرموز الدينية والمواطنين الأثرياء في المجتمع. ولكن على الرغم من أن هذه التماثيل تصور أشخاصاً مختلفين أو كائنات مختلفة، فإن كثيراً منها تتشارك قاسماً مشتركاً: هو الأنوف المكسورة. فوباء الأنوف المكسورة هذا من الانتشار بحيث إنه يجعلك تتساءل عما إذا كان كل ذلك نتيجة للحوادث، أم أن هناك سبباً شريراً لذلك. اتضح أن الجواب، في معظم الحالات، هو الأخير. فقد ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪صعوبات التعلم النمائية لدى الأطفال
. أسامة الدعّاس
صعوبات التعلم نوعان؛ نمائية وأكاديمية، وينضوي تحت كلّ منهما مجموعة من الصعوبات والاضطرابات الخاصة به، أما صعوبة الانتباه فهي من صعوبات التعلم النمائية، وهناك اتّجاه قوي في دراسات صعوبات التعلم يرى أن اضطرابات الانتباه هي سبب صعوبات التعلم عند الأطفال، وقد سلك العلماء في دراسة اضطرابات الانتباه وتحديد معايير معينة يتناولون بها هذا الموضوع مسلكين مختلفين؛ أولهما يعتبر صعوبات التعلم نتيجة قصور واضطراب في واحد أو أكثر من مكونات ... (قراءة المقال)
‫‪مجرة درب التبانة و جيرانها
لسلام عليكم .. في كثير من حلقات البرنامج السابقة تكلمنا عن اهم عناصر المجموعة الشمسية التي نعيش فيها من كواكب و أقمار و كيوكبات و احزمة .. و انتهينا بشرح عن بلوتو و حدود المجموعة الشمسية .. ولكن هذه المجموعة تقع و تدور ضمن كيان و محيط اكبر .. و هي المجرة التي نعيش فيها و تحوي الملايين و الملايين من النجوم المشابهة لشمسنا و غيرها من الشموس و نطلق عليها درب التبانة .. في هذه الحلقة سنسافر في رحلة كونية بعيدة نتعرف فيها على بنية المجرة و مكوناتها ... (قراءة المقال)
اظهر المزيد

مقالات ذات صلة

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق
إغلاق