وبلاگ

اهمیت آب و نقش حیاتی آن در زندگی انسان، حیوان، نبات و محیط زیست آنقدر روشن است که نیاز به دلیل و برهان ندارد. بسیاری از مشکلات بهداشتی کشورهای در حال پیشرفت ناشی از عدم برخورداری از آب آشامیدنی سالم است. از آنجایی که محور توسعه پایدار، انسان سالم است و سلامت انسان در گرو بهره مندی از آب آشامیدنی مطلوب می باشد بدون تامین آب سالم جایی برای سلامت مثبت و رفاه جامعه، وجود ندارد. آب از دو بعد بهداشتی واقتصادی حائز اهمیت است. از بعد اقتصادی به حرکت درآورنده چرخ صنعت و رونق بخش کشاورزی است. از بعد بهداشتی آب با کیفیت تضمین کننده سلامت انسان است.

اگر چه از دید ما پنهان است، اما آب دارای آثار بسیار زیادی در حیات جانداران به ویژه انسان می باشد. آب آشامیدنی علاوه بر تامین مایع مورد نیاز بدن به مفهوم مطلق آن یعنی H2O ، در بردارنده املاح و عناصر ضروری برای موجودات زنده و انسان می باشد که کمبود پاره ای از آن‌ ها در آب ایجاد اختلال در بدن موجود زنده می کند. از طرفی آب آشامیدنی در بردارنده عناصر و ترکیبات شیمیایی سمی نیز می باشد که برخی از آنها سرطان زا بوده و برای سلامتی انسان بسیار مضر هستند. همچنین موجودات ذره بینی گوناگونی نیز در آب پیدا می شوند که بعضی از آنها بیماری زا بوده و ایجاد بیماری های عفونی خطرناکی می کنند. بنابراین توسعه فناوری های مختلف جهت تهیه و تامین آب آشامیدنی سالم برای جامعه از اهمیت بالایی برای ارتقاء سلامت جامعه برخوردار است.

فن‌آوری نانو با راهکارهای نوین و جدید خود اظهار می‌دارد كه مواد با پایه نانو می‌توانند به فن‌آوری‌های تصفیه آب ارزان قیمت‌تر، بادوام‌تر و مؤثرتری منجر شوند، و بخشی از نیازهای كشورهای در حال توسعه را برآورده ‌سازند. بر این اساس با توجه به توانمندی های فراوان فناوری نانو نسبت به روش های قدیمی و سنتی موجود، در حذف و کنترل آلودگی های محیطی و همچنین تصفیه و جلوگیری از انتشار آلودگی ها، می توان آن را به عنوان یک تکنولوژی سبز و ابزاری موثر برای دستیابی به توسعه ای پایدار ، چه از نظر اقتصادی و چه از نظر بهره وری بیشتر در نظر گرفت. لذا در این پروژه کاربردهای نانوجاذب های بر مبنای کیتوسان در تصفیه آب آشامیدنی برای حذف آرسنیک سه ظرفیتی و باکتری مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

/%d8%af%d8%a7%d9%86%d9%84%d9%88%d8%af-%d9%be%d8%a7%db%8c%d8%a7%d9%86-%d9%86%d8%a7%d9%85%d9%87-%d8%a7%d8%b1%d8%b4%d8%af%d8%ad%d8%b0%d9%81-%d9%87%d9%85%d8%b2%d9%85%d8%a7%d9%86-%d8%a2%d8%b1%d8%b3%d9%86/

1-2- آرسنیک

آرسنیک سومین عنصر گروه پنجم جدول تناوبی است. عدد اتمی آن 33 و جرم اتمی آن 92/74 می باشد. این عنصر با ظرفیت های مختلف و نیز به صورت معدنی و آلی در طبیعت یافت می شود. میزان آرسنیک در پوسته زمین 8/1 میلی گرم در کیلوگرم بوده، معمولاً به صورت ترکیب با گوگرد و یا فلزاتی نظیر مس، کبالت، سرب، روی و غیره یافت می شود. از این عنصر در کشاورزی، دامداری، پزشکی، الکترونیک، صنعت و متالوژی استفاده می گردد [1]. آرسنیک در اثر انحلال مواد معدنی موجود در سنگ ها و خاک هایی که تحت تاثیر عوامل فرساینده طبیعی قرار گرفته اند در لایه های زمین پخش شده و باعث آلودگی آب می گردد. آرسنیک بی رنگ ، بی بو ، بی مزه و بسیار سمی و سرطان زاست. همچنین آرسنیک سه ظرفیتی(آرسنیت) در اکثر اوقات سمی تر از نوع پنج ظرفیتی (آرسنات) می باشد . آلودگی آرسنیک در آب، به خصوص آب های زیر زمینی، به دلیل سمیت و مخاطره آمیز بودن آن، به عنوان یک مشکل اساسی در جوامع مختلف مطرح است. در آب های طبیعی آلوده مقدار آن در حد 1 تا 2 میلی گرم در لیتر نیز گزارش شده است[3]. مصرف طولانی مدت این عنصر سبب ایجاد سرطان می شود [4]. براساس تقسیم بندی سازمان بین المللی تحقیقات سرطان (IARC)، ترکیبات غیر آلی آرسنیک در گروه یک (سرطان زا برای انسان) قرار دارند [5]. این عنصر به عنوان آلاینده مهم آب آشامیدنی به ویژه در نواحی آسیای جنوبی شناخته شده است. در این نواحی میلیون ها نفر در خطر ابتلا به بیماری های مرتبط با آرسنیک می باشند [6].

در ایران نیز مواردی از آلودگی در استان های خراسان و کردستان گزارش شده است. بر اساس مطالعات صورت گرفته غلظت آرسنیک در آب آشامیدنی 10 روستا در استان کردستان بیش از غلظت مجاز بوده و تغییرات آن بین 10 تا 500 میکروگرم در لیتر گزارش شده است[7]. سازمان حفاظت محیط زیست آمریکا و سازمان جهانی بهداشت بر مبنای مطالعات انجام گرفته، کاهش مقادیر مجاز آرسنیک در آب آشامیدنی از 50 به 10 میکرو گرم در لیتر را مد نظر قرار داده [8] تا از طبیعت سرطان زایی آرسنیک در سیستم گوارشی انسان جلوگیری به عمل آورده و از طرفی از عوارض کبدی، ریوی، کلیه و اثرات پوستی ممانعت نماید [9]. این عنصر از طریق پوست، سیستم تنفسی و گوارشی جذب بدن شده و سپس به صورت وسیعی در جریان خون آشکار می شود. مطالعات انجام شده اثرات سرطان زایی آرسنیک را که از طریق تنفس و خوردن وارد بدن انسان می شود به اثبات رسانیده است که البته این خطرات به عواملی از قبیل مدت مواجهه، راه ورود آرسنیک به بدن، نوع و منبع آرسنیک بستگی دارد . از طرفی مسمومیت مزمن با آرسنیک ممکن است بر برخی از اندام های بدن نظیر اندام های تنفسی، گوارشی، خون، کبد، کلیه، و پوست و قلب و عروق تاثیر گذارد [12]. بر اساس استاندارد آب آشامیدنی ایران، حداکثر غلظت این آلاینده در آب شرب برابر 50 میکروگرم در لیتر تعیین شده است.

[1] – Arsenite

[2] – Arsenate

[3]– International Association on Research Cancer

امروزه محاسبات و اطلاعات کوانتومی توجه بسیاری از محققان مجامع مختلف علمی از جمله فیزیک، علم اطلاعات و ریاضیات را به خود جلب کرده است]1[.

درهم­تنیدگی به عنوان عامل کلیدی پردازش اطلاعات کوانتومی در نظر گرفته شده است. درهم­تنیدگی نقش مهمی در بسیاری از قراردادهای کوانتومی از جمله انتقال کوانتومی[1]، توزیع کلید کوانتومی[2] و الگوریتم کوانتومی[3] بازی می­ کند]2[. با این حال درهم­تنیدگی کوانتومی تنها نوع مناسب همبستگی کوانتومی برای پردازش اطلاعات کوانتومی نیست]3-5[. هم به صورت تئوری]6-13[ و هم به صورت عملی]14[ نشان داده شده است که برخی کارها را می توان به وسیله­ حالت های کاملا جدا و بسیار آمیخته بر همتایان کلاسیکی تسریع کرد.

ناسازگاری کوانتومی که در ابتدا در] 15،16[ معرفی شد، نوع دیگری از همبستگی کوانتومی است که با درهم­تنیدگی متفاوت است. در سال 2008 نشان داده شده است که حالت های جدا را به وسیله­ ناسازگاری کوانتومی می­توان برای اجرای قطعی محاسبات کوانتومی با یک کیوبیت، مورد استفاده قرار داد]14[. بعدها سایر اندازه ­گیری ناسازگاری کوانتومی به وسیله­ چندین نویسنده پیشنهاد شد]17،18[.

بطور کلی دو نوع ناسازگاری وجود دارد:

• ناسازگاری مبتنی بر اندازه گیری[4]

• ناسازگاری مبتنی بر فاصله[5]

تعریف اصلی ناسازگاری در ]15،16[ مبتنی بر فاصله است. این نوع ناسازگاری بر اساس این حقیقت است که اندازه ­گیری منطقه­ای[6] از یک سیستم چند جزئی کل سیستم را مختل می کند. به طور کلی بدست آوردن تمام اطلاعات موجود در یک سیستم فقط با اندازه ­گیری­های منطقه­ای بر روی آن امکان­ پذیر است که کاملا با سیستم­های کلاسیکی متفاوت است.

به طور فیزیکی ناسازگاری کوانتومی، مقدار اطلاعات متقابل[7] سیستم چند جزئی که به طور منطقه­ای قابل دسترسی نیست را اندازه ­گیری می­ کند.

ناسازگاری مبتنی بر فاصله در ]17،18[ اتخاذ شده است. این نوع از ناسازگاری به عنوان حداقل فاصله از یک تراز کوانتومی و تمام ترازها با تراز صفر ناسازگاری تعریف می­ شود. در ]17[ نویسندگان، آنتروپی نسبی[8] را به عنوان یک اندازه ­گیری فاصله­ی میان دو تراز در نظر گرفته­اند.

در ]17[ با کمک آنتروپی نسبی کوانتومی یک دیدگاه یکپارچه برای همبستگی مقرر کردند.

/%d8%af%d8%a7%d9%86%d9%84%d9%88%d8%af-%d9%be%d8%a7%db%8c%d8%a7%d9%86-%d9%86%d8%a7%d9%85%d9%87-%da%a9%d8%a7%d8%b1%d8%b4%d9%86%d8%a7%d8%b3%db%8c-%d8%a7%d8%b1%d8%b4%d8%af%d8%af%d8%b1%d9%87%d9%85%d8%aa/

در مقایسه با تعریف اصلی ناسازگاری کوانتومی این نوع تعریف اجازه می­دهد تا تمام همبستگی­ها (همبستگی کلاسیکی، ناسازگاری­کوانتومی، ناهنجاری[9]و درهم­تنیدگی) در یک جایگاه قرار دهیم.

برخلاف ]17[ در ]18[ نویسندگان قاعده­ی مربع در فضای هیلبرت-اشمیت[10] را به عنوان یک اندازه ­گیری فاصله میان دو تراز مقرر کردند، بخصوص برای سیستم­های دوکیوبیتی[11] دلخواه در ]18[ یک عبارت تحلیلی بدست آمده است. این شبیه اندازه ­گیری هندسی درهم­تنیدگی کوانتومی است]19[. به عبارت دیگر این نوع اندازه ­گیری، اندازه ­گیری هندسی ناسازگاری کوانتومی[12](ناسازگاری هندسی) نیز نامیده می­ شود. همچنین روش­های دیگر اندازه ­گیری ناسازگاری کوانتومی در ]20،21[ عنوان شده است. دینامیک ناسازگاری کوانتومی[13] در چندین سیستم فیزیکی از جمله حفره­ی QED ]26-22[، زنجیره­های اسپینی]30-27[ و نقاط کوانتومی[14]]31[ به طور گسترده در چند سال اخیر بررسی شده ­اند.

یکتایی[15]]32[ و قانون بقا[16]]33[ درهم­تنیدگی و ناسازگاری نیز همچین مورد بحث قرار گرفته است.

علاوه بر این اثرات غیرمارکووین[17] بر دینامیک ناسازگاری کوانتومی مورد مطالعه قرار گرفته است]34،35[.

در قسمت (1-2) ، ابتدا ناسازگاری مبتنی بر اندازه ­گیری یا ناسازگاری اصلی معرفی شده در ]15،16 [را معرفی می کنیم. همچنین سایر اندازه ­گیری­های ناسازگاری مبتنی بر اندازه ­گیری شامل ناسازگاری کروی و ناسازگاری گاووسی را مورد بررسی قرار می­دهیم و در مورد خواص اصلی آنها بحث می­کنیم. در قسمت (1-3) دو نوع ناسازگاری مبتنی بر فاصله را بررسی می­کنیم: ناسازگاری مبتنی بر آنتروپی نسبی و ناسازگاری مبتنی بر قاعده­ی مربع( ناسازگاری هندسی). در قسمت (1-4)، بطور خلاصه سایر اندازه ­گیری­های همبستگی کوانتومی مانند اختلال القایی ناشی از اندازه ­گیری[18]، کسر کوانتومی[19]و اطلاعات دور از دسترس منطقه­ای[20] را مورد بررسی قرار می­دهیم. در قسمت (1-5)، دینامیک ناسازگاری کوانتومی در چندین سیستم را مورد بررسی قرار می­دهیم.

[1]Quantum teleportation

[2]Quantum key distribution

[3]Quantum algorithm

[4]Measurement-based discord

[5]Distance-based discord

[6]Local measurement

[7]Mutual information

[8]Relative entropy

[9]Dissonance

[10]Hilbert-Schmidt space

[11]Two-qubit

[12]Geometric discord

[13]Dynamics of quantum discord

[14]Quantum dot

[15]Monogamy

[16]Conservation Law

[17]Non-Markovian

[18]Measurement-induced Disturbace(MID)

[19]Quantum deficit

[20]Locally inaccessible information

و کلیات

امواج داخلی در اثر اعمال آشفتگی در اقیانوسی با لایه­بندی پایدار ایجاد می­شوند. برای مثال، جریان جزرومدی در یک محیط با لایه­بندی پایدار منجر به تولید امواج داخلی خطی می­ شود که جزر و مد داخلی نامیده می­شوند. این آشفتگی­ها در بیشتر موارد در اثر عبور جریان از روی شیب توپوگرافی ایجاد می­شوند. وقتی جریان­های جزر و مدی در آب­های با لایه­بندی پایدار از روی مرزهای ناحیه­ی فلات­قاره عبور می­ کنند، می­توانند باعث ایجاد امواج داخلی غیرخطی شوند. هرچند امواج داخلی در لایه ­های زیر سطح رخ می­ دهند اما اثر این امواج در روی سطح با بهره گرفتن از فن­­آوری سنجش از دور قابل آشکارسازی است.

ویرایش دوم اطلس امواج تنهای[1] داخلی شامل بیش از 300 نمونه از حدود 54 ناحیه از کره­ی زمین می­ شود که امواج داخلی توسط تصاویر راداری ثبت شده اند(شکل 1-1). اکثر این نقاط از طریق اثرات سطحی یک گروه موج تنهای داخلی در تصاویر سنجش از دور شناسایی شده ­اند. فقط در چند نقطه­ی محدود، حضور این امواج از طریق مشاهدات میدانی اثبات شده است(Apel, 2002). همانطور که در شکل 1-1 دیده می­ شود، خلیج­عمان نیز یکی از نقاطی است که امواج داخلی در آن مشاهده شده است.

شکل 1-1 اطلس جهانی امواج داخلی(Apel, 2002)

/%d8%af%d8%a7%d9%86%d9%84%d9%88%d8%af-%d9%be%d8%a7%db%8c%d8%a7%d9%86-%d9%86%d8%a7%d9%85%d9%87%d8%b4%da%a9%d9%84%c2%ac%da%af%db%8c%d8%b1%db%8c-%d8%a7%d9%85%d9%88%d8%a7%d8%ac-%d8%af%d8%a7%d8%ae%d9%84/

1-1 بیان مسأله و اهمیت موضوع

امواج­ داخلی تأثیرات شناخته شده­ای در اقیانوس دارند. شناخت و استخراج الگوی امواج داخلی از جنبه­ های گوناگون دارای اهمیت است. در ادامه به برخی از تأثیرات امواج داخلی که از جنبه­ های دفاعی و نظامی، هیدروژئوفیزیکی، زیست­محیطی و غیره دارای اهمیت فراوانی است اشاره می­ شود. نکته­ی جالب توجه این است که اکثر مطالعاتی که تاکنون درباره امواج داخلی در آب­های مختلف کلید خورده است بیشتر با انگیزه­ کاربرد نظامی مورد توجه قرار گرفته است که از آن جمله می­توان به تحقیقات گارت و مانک(Garret & Munk, 1975) و فریتاس (Freitas , 2008)اشاره نمود که با حمایت وزارت دفاع و نیروی دریایی ایالات متحده امریکا انجام شده است.

هریک از مواردی که در ادامه بیان می­ شود، در قالب یک پژوهش کاربردی مستقل قابل طرح است و به شکل­های تحلیلی، عددی و میدانی قابل اجراست. می­توان از نتایج پژوهش حاضر به عنوان ورودی این مدل­های عددی و تحلیلی استفاده نمود که در فصل آخر در بخش پیشنهادات ادامه­ کار به آن اشاره خواهد شد.

1-1-1 تأثیرات هیدروآکوستیکی

امواج داخلی، توزیع چگالی سیال و در نتیجه مسیر پرتوهای امواج صوتی را تغییر می­ دهند و منجر به خطای سوناری می­شوند. اهمیت اصلی مطالعه­ امواج داخلی توسط محققین فیزیک دریا در اکثر کشورها تعیین خطای سوناری حاصل از این امواج است(به عنوان مثال می­توان به مطالعات پروفسور مانک و همکارانش در مرکز تحقیقات دفاعی آمریکا[2] اشاره نمود که از دهه­ 70 میلادی شروع شد(Freitas , 2008) و توسط افراد دیگر تاکنون ادامه پیدا کرده و توسعه یافته است و بدین منظور مدل­های عددی مختلفی طراحی و توسعه داده شده است).

با شکل­ گیری امواج داخلی در عمق­های داخلی دریا و اقیانوس، پروفایل قائم مشخصه­های فیزیکی ستون آب در عمقی که این امواج رخ می­دهد دچار جابجایی و اعوجاج می­ شود که یکی از نتایج بارز آن جابجایی پروفایل سرعت صوت در ضخامتی از ستون آب که این امواج شکل گرفته­اند، خواهد بود. این پدیده منجر به خطای سوناری قابل توجهی خواهد شد. فقط در صورتی که عمق، محل شکل­ گیری و همچنین مشخصه­های این امواج استخراج شده باشد، این خطای سوناری قابل اصلاح خواهد بود.

[1] Solitary

[2] National Defense Center of Excellence for Research in Ocean Sciences (CEROS)

در جهان امروزی که کاربرد اینترنت و استفاده از شبکه‌های اجتماعی بسیار گسترش یافته است و جوانب مختلف زندگی انسان‌ها را تحت شعاع قرار داده و همچنین تغییر نامحسوس رفتار کاربرها در برخورد با شبکه‌های اجتماعی، تحلیل رفتار کاربر برای سازمان‌ها بسیار حائز اهمیت است. لذا در این بخش در مورد ضرورت تحلیل رفتار کاربر در شبکه‌های اجتماعی بحث شده و فضای مسئله بیان خواهد شد. علاوه بر این چالش‌های پیش رو بررسی شده و ساختار روش تحقیق ارائه خواهد گردید.

1-2- ضرورت مطالعه رفتار کاربر

رفتار مصرف‌کننده یکی از مهم‌ترین مسائلی است که در دهه‌ های اخیر موردبحث و تحقیق قرارگرفته است. سازمان‌ها همیشه خواهان فهم نحوه تصمیم‌گیری مصرف‌کننده بوده‌اند تا بتوانند در طراحی محصولات و خدمات خود از آن استفاده کنند.

داشتن درک صحیح از مصرف‌کنندگان و فرایند مصرف، مزیت‌های متعددی را در بردارد. این مزیت‌ها شامل کمک به مدیران در جهت

/%d8%af%d8%a7%d9%86%d9%84%d9%88%d8%af-%d9%be%d8%a7%db%8c%d8%a7%d9%86-%d9%86%d8%a7%d9%85%d9%87-%d8%a7%d8%b1%d8%b4%d8%af%d9%85%d8%b7%d8%a7%d9%84%d8%b9%d9%87-%d8%b1%d9%81%d8%aa%d8%a7%d8%b1-%da%a9%d8%a7-6/

 تصمیم‌گیری، تهیه یک مبنای شناختی از طریق تحلیل مصرف‌کنندگان، کمک به قانون‌گذاران و تنظیم‌کنندگان برای وضع قوانین مربوط به خریدوفروش کالا و خدمات و درنهایت کمک به مصرف‌کنندگان در جهت تصمیم‌گیری بهتر است (سیبرت، 1996).

همواره فنّاوری‌های جدید درصدد تغییر رفتار کاربران و مجبور کردن آن‌ ها به استفاده از آن فنّاوری بوده‌اند. اینترنت در عصر حاضر به دلیل سادگی استفاده، گستردگی و سرعت بالا، به مهم‌ترین منبع اطلاعات برای بسیاری از کالاها و خدمات تبدیل‌شده است. خصوصیات منحصربه‌فرد اینترنت و برتری کامل آن نسبت به بازارهای دیگر باعث رو آوردن بسیاری از سازمان‌ها برای گسترش خدمات و کالاهای خود در بازارهای اینترنتی گشته است. ازاین‌رو محیط اینترنت به فضای رقابتی بسیار شدیدی برای سازمان‌ها تبدیل‌شده است.

مهم‌ترین عنصر اجتماعی کنونی در اینترنت که طی چند سال اخیر دارای اهمیت بسیار زیادی شده است شبکه‌های اجتماعی می‌باشند. شبکه‌های اجتماعی آنلاین را می‌توان به‌نوعی به یک وب‌سایت مبادله یا خرید تشبیه کرد. در فرایند خرید و بررسی رفتار کاربر و مصرف‌کننده، کالا یا خدماتی مبادله خواهد شد؛ این کالا یا خدمات می‌تواند از جنس اطلاعات، عواطف و احساسات باشد (هوستون، 1986).

چیزی که در اکثر شبکه‌های اجتماعی مورد مبادله قرار می‌گیرد شاید فیزیکی نباشد ولی به همان اندازه یا حتی بیشتر اهمیت دارد. از مطالعه رفتار کاربر در شبکه اجتماعی می‌توان استنتاج‌های بسیار زیادی داشت. همچنین درک رفتار کاربر می‌تواند به جذب کاربران بیشتر و استفاده از اطلاعات آن‌ ها در شبکه‌های اجتماعی کمک کند.

لیزر الکترون آزاد (FEL)[1] طرحی کلاسیکی است که می تواند تابش همدوس با توان بالا در ناحیه وسیعی از طیف الکترومغناطیس بسازد. در حالی که لیزرهای گازی و لیزر های حالت جامد فقط در طول موج‌های تابش دارند که در اصطلاح مکانیک کوانتمی معادل با گذار الکترون از یک تراز انرژی به تراز دیگر باشد. لیزرهای رنگ نیز، دریک محدوده طیفی محدود کوک پذیر هستند و نیاز به یک لیزر گازی برای پمپاژ دارند و به طور نسبی در ترازهای توان پایین به فعالیت واداشته می شوند. علاوه بر این، لیزر معمولی به طور متداول تنها چند درصد انرژی دریافتی به نور تبدیل می‌کند، محاسبات نظری نشان می‌دهد که لیزر الکترون آزاد قادر است به بازده بالای 65٪ دست یابد در حالی که راندمان آن 40٪ در آزمایشگاه نشان داده شده است. در یک لیزر معمولی موج الکترومغناطیس در یک تشدید کننده با عبورهای متوالی از محیط فعال و با بهره گیری از فرایند گسیل القایی تقویت می‌شود اما در لیزر الکترون آزاد مبادله انرژی از طریق برهمکنش موج الکترومغناطیسی با باریکه الکترونی که در میدان حرکت می‌کند، صورت می‌گیرد.

در سال 1951 هانز ماتس[2] از دانشگاه استنفورد به طور تحلیلی نشان داد که موج تابشی می‌تواند همراه باریکه الکترونی عبور کننده از میان موجبر مغناطیسی تقویت شود[3-1]. که این تحلیل، بعدها پایه تئوری عملکرد لیزر الکترون آزاد شد. ماتس و همکارانش در مدت کوتاهی با انجام آزمایشات، موفق به تولید دو تابش ناهمدوس در بخش آبی- سبز طیف و انتشار همدوس در طول موج‌های میلیمتری طیف شدند. استفاده از میدان‌های مغناطیسی متناوب در میزر (تقویت مایکروویو از طریق گسیل القائی تابش) برای توان‌های بالاتر، توسط تیوپ‌های مایکروویو قابل دسترس، به طور مستقل توسط رابرت فیلیپس[3] در سال 1957 انجام شد[4،5]. واژه یوبیترون [4] در این زمان به عنوان مخفف برای برهمکنش باریکه نوسانی مورد استفاده قرار گرفت. با این حال، استفاده از لیزر الکترون آزاد به رسمیت شناخته نشده بود، برنامه یوبیترون در سال 1964 به علت یک تغییر کلی در استفاده از خلاء در فیزیک حالت جامد و فیزیک کوانتومی، متوقف شد. ظهور مجدد علاقه به این مفهوم، در اواخر سال 1970 هنگامی که میدی[5] و همکارانش دستگاه لیزر الکترون آزاد را که در طول موج‌های مادون قرمز عمل می‌کرد، تولید کردند، روز افزون گشت[6]. اصطلاح لیزر الکترون آزاد در سال 1975 توسط جان میدی[6] برای توصیف یک آزمایش در دانشگاه استنفورد، استفاده شد[8،7]. در این آزمایش با بهره گرفتن از باریکه الکترونی شتاب‌دهنده خطی فرکانس رادیویی، یک گسیل القایی با طول موج mμ 6/10 در محدوده فروسرخ طیف تولید شد[11-9]. اولین لیزر نوری الکترون آزاد اپتیکی با بهره گرفتن از حلقه‌های ذخیره سازی انباشتی در دانشگاه پاریس ساخته شده است که روی بیش از یک طیف گسترده تنظیم پذیر بود[15-12].

طرح‌های کاربردی از لیزر الکترون آزاد در این زمانه، طیف وسیعی از آزمایشات فیزیک حالت جامد تا زیست شناسی مولکولی را در بر می‌گیرد و طرح‌های جدید گوناگونی برای اهداف ارتباطاتی، راداری و … در حال توسعه هستند. علاوه بر کارهای پژوهشی، لیزر الکترون آزاد در زمینه های چون گرم کردن پلاسمای محصور شده به طریق مغناطیسی و برای گداز هسته ای کنترل شده، استفاده می‌شود. لیزرهای الکترون آزاد بخصوص برای جراحی مناسب‌اند. کاربرد بحث انگیز لیزرهای الکترون آزاد با توان زیاد و تپ بلند در امور نظامی از جمله در انهدام موشکهای بالستیکی است. در آزمایش‌های اولیه پژوهشگران از یک ویگلر صفحه ای به طول 15 متر با دوره ثابت و دامنه یکنواخت استفاده کردند، از آن موقع تا کنون طول ویگلر به 25 متر رسانده اند و برای بالا بردن بازه تبدیل انرژی، کارهای در جهت دوکی شکل

/%d8%af%d8%a7%d9%86%d9%84%d9%88%d8%af-%d9%be%d8%a7%db%8c%d8%a7%d9%86-%d9%86%d8%a7%d9%85%d9%87%d8%a7%d8%ab%d8%b1%d8%a7%d8%aa-%d9%85%db%8c%d8%af%d8%a7%d9%86-%d9%85%d8%ba%d9%86%d8%a7%d8%b7%db%8c%d8%b3/

 کردن ویگلر در جریان است. در حال حاضر، لیزر الکترون آزاد تا حد زیادی به آزمایشگاه محدود شده است. هم اکنون، اصول بنیادی لیزر الکترون آزاد به خوبی درک شده و هدف پژوهش‌ها در مرحله اول توسعه و تکامل چشمه‌های باریکه الکترون و طرح‌های ویگلر است[16].

1-2- اجزاء لیزر الکترون آزاد

در شکل (1-1) نمایی کلی از لیزر الکترون آزاد نشان داده شده است، همانطور که می‌بینیم لیزر الکترون آزاد از 2 بخش اساسی تشکیل شده است:

الف) میدان مغناطیسی دوره ای: به وسیله تعدادی آهنربا ( دائمی یا الکتریکی[7]) که موسوم به ویگلر[8] یا آندیولیتری[9] است، ایجاد می‌شود که توسط آن انرژی جنبشی الکترون‌ها به موج الکترومغناطیسی منتقل شده و سبب تقویت موج الکترومغناطیس می شود. این میدان ویگلر باعث حرکت تناوبی در الکترون‌ها می شود.

شکل(1-1)- نمایی کلی از لیزر الکترون آزاد

نکته دیگر در طراحی ویگلر، انتخاب ویگلر تخت[10] و یا مارپیچی[11] می باشد. ویگلر پیچشی در اثر عبور جریان از سیم پیچ مارپیچی ایجاد می‌شود و در این نوع ویگلر میدان مغناطیسی از محور تقارن به سمت خارج افزایش می‌یابد و این افزایش میدانی عاملی است که از دور شدن الکترون‌ها از محور تقارن در اثر نیروی دافعه بینشان جلوگیری می‌کند و باریکه الکترون را در مسیری حلزونی هدایت می‌کند. در ساخت ویگلر تخت از آهنرباهای دائمی استفاده می‌شود که ساخت آن ساده تر و کم هزینه تر از ویگلر مارپیچی هست و تنظیمش ساده‌تر می‌باشد و قابل تنظیم بودن شدت میدان مغناطیسی و طول موج ویگلر مزیت ویگلر تخت هست که از آن برای ساخت ویگلرهای دوکی شکل (ویگلر باریک شونده[12]) می‌توان استفاده کرد.[16]

میدان ویگلر تخت از ترکیب آهنرباهای دائمی ساخته می شود، تک بعدی می باشد و به صورت زیر می‌باشد:

میدان ویگلر پیچشی سه بعدی در تقریب یک بعدی ، به صورت زیر نوشته می شود:

که به این ویگلر مارپیچی ایده آل می گویند[17،16].

شکل(1-2)- نمایی از ویگلر مارپیچی

ب) شتابدهنده: الکترون ها در شتاب دهنده سرعت می‌گیرند و با سرعتی نزدیک به سرعت نور به داخل میدان مغناطیسی ویگلر فرستاده می‌شوند. هر نوع شتاب‌دهنده طیف محدودی از طول موج تابشی مورد استفاده را تولید می‌کند، که در شکل (1-3) طیف تقریبی طول موجی که هر شتاب‌دهنده تولید می‌کند را نشان داده ایم :

شکل(1-3)- طیف تقریبی طول موجی که توسط هر یک از شتاب‌دهنده ها حاصل می گردد.

[1] free electron laser

[2] Motz

[3] Robert Philips

[4] Ubitron

[5] Madey

[6] Jahn Madey

[7] Electromagnet

[8] Wiggler

[9] Undulator

[10] Planar

[11] Helical

[12] Trapered wiggler