ناقش قسم الفيزياء في كلية التربية للعلوم الصرفة (ابن الهيثم) اطروحة الدكتوراة الموسومة ( محاكاة وتحليل تأثير المغانط على خصائص حزمة ليزر الإلكترون الحر ) للطالب ( جعفر حسين صبري ) التي انجزها باشراف التدريسي في القسم ( أ.د. ثائر عبدالكريم خليل ) ونوقشت من قبل اعضاء لجنة المناقشة المدرج اسمائهم في ما يأتي :
- أ.د. هادي جبار مجيبل – رئيساً
- أ.د. امال جبار حاتم – عضواً
- أ.د. علاء بدر حسن – عضواً
- أ.د. سعيد نايف تركي – عضواً
- أ.م.د. عقيل رزاق صالح – عضواً
- أ.د. ثائر عبد الكريم خليل – عضواً و مشرفاً
ونظرا لكون حزمة ليزر الالكترون الحر تتطلب عدة مراحل ، واحد اهم تلك المراحل تتمثل بمرور حزمة من الالكترونات خلال مجموعة مرتبة بشكل متقابل من المغانط والتي من خلالها يمكن تعديل المواصفات الأساسية لحزمة الليزر الناتجة من طول موجي وقدرة وشدة. فإن الهدف من اجراء هذا البحث يتمثل بعدة نقاط هي:
- محاكاة تذبذب الالكترون خلال مساره بين الأقطاب المتناوبة مما يؤدي الى حركة موجية معينة ذات اتجاه معين صعودا ونزولا لإنتاج فوتونين خلال كل تذبذب وتكوين شعاع الليزر النهائي
- العمل على تحسين حركة تذبذب الالكترون خلال عدة مراحل مع مراعاة عوامل التوهين
- دراسة تأثير المسافة بين صفي الأقطاب على حركة تذبذب الالكترون وتكوين شعاع الليزر
- دراسة تأثير المسافة بين الأقطاب المتتالية على حركة تذبذب الالكترون وتكوين شعاع الليزر
- دراسة تأثير قوة المجال المغناطيسي لورنتز F على حركة تذبذب الالكترون وتكوين شعاع الليزر
- دراسة تأثير شدة المجال المغناطيسي B على حركة تذبذب الالكترون وتكوين شعاع الليزر
- دراسة تأثير سرعة الالكترون V على حركة تذبذب الالكترون وتكوين شعاع الليزر
- تصميم نموذج رياضي وبرنامج تنفيذي في الماتلاب لحساب ومحاكاة تأثير جميع بارامترات المجال المغناطيسي على مميزات ليزر الالكترون الناتج
وبين الطالب في مستخلص اطروحته الى ان منظومة المغانط في منظومة ليزر الالكترون الحر تعد نواة منظومة الليزر ولها تأثير بالغ على سلوك المنظومة ككل، حيث ان لمنظومة المغانط تأثير مباشر على حزمة الالكترونات من حيث سرعتها والتحول الذي يحصل في مساراها بالتالي سيكون لهذه المنظومة تأثير على الخرج الليزري والعديد من البارامترات الاخرى التي تم ذكرها داخل هذه الاطروحة. تهدف هذه الاطروحة الى دراسة التأثيرات المباشرة والغير المباشرة للفيض المغناطيسي الناشئ عن منظومة undulator والية تفاعل هذا الفيض مع مجال الجسيمات الحاملة للشحنة السالبة وهي الالكترونات، حيث بينت نتائج المحاكاة والحسابات ان نتيجة كبح السرعات العالية لحزمة الالكترونات وتحويل مسار هذه الحزمة من المسار الخطي الى مسار دائري متقدم بشكل متذبذب سيتولد فوتونين احدهما عند أي قمة في موجة مسار الحزمة والاخر عند قعرها، كما بينت هذه الاطروحة ان صفات هذه الفوتونات المتولدة (wavelength, number, power, gain length…الخ) تتأثر بشكل كبير بالمجال الذي ولدها، حيث ان هذه الدراسة هي دراسة نظرية ومحاكاة لتأثير المغانط على خواص شعاع الليزر الإلكتروني الحر باستخدام التحليل والحسابات الرياضية من خلال استخدام برنامج MATLAB بنسخة (MATLAB R2023a (9.14.0.2206163))، حيث تم اعداد ثلاثة نماذج رياضية لاستكمال الحسابات المطلوبة في ايجاد تأثير المغانط على خواص الشعاع الناتج لمنظومة ليزر الالكترون الحر وتم برمجتها من خلال ادخال المعادلات الخاصة بالموضوع، كما تضمنت هذه الاطروحة على ذكر كافة اجزاء منظومة ليزر الالكترون الحر من حيث تعددها وشرح اجزائها، كما جرت آلية الحساب بشكل تسلسلي من حيث اي تأثير يظهر يتم تطبيقه على كل الحسابات الاخرى، حيث تم حساب تأثير طاقة حزمة الإلكترونات على سرعتها وبمدى الطاقة من (1 to 270 MeV) وكانت السرعة الناتجة عن الحسابات بمدى (257572004.6 to 299791919.6 ). . كما تم حساب تأثير سرعة حزمة الإلكترونات على قوة لورنتز لمدى السرعات المذكورة ووجدت الحسابات والمحاكاة أن مدى قوة لورنتز سيكون من (9.345663577* to 1.087755802* N). كما تم حساب تأثير الزاوية بين حزمة الإلكترونات والمجال المغناطيسي السلط على الحزمة على قوة لورنتز، حيث تم دراسة تأثير 24 زاوية بمدى ( to ) واحدة كل 20 درجة للعشر سرعات المدروسة. كما تمت دراسة تأثير الطاقة والسرعة على البارامترات الأخرى التي ستتأثر بسرعة شعاع الإلكترون (, , and ).. كما تم حساب تأثير undulator gap على كل من المجال المغناطيسي (B) والأطوال الموجية الناتجة في ليزر الإلكترون الحر (λ)، حيث تمت دراسة تأثير تغيير undulator gap على طاقتين مختلفتين لحزمة جسيمات الإلكترونات وهي (8 and 4.8 joule) والتي تكافئ بوحدة إلكترون فولت (500 و 300 MeV) على التوالي وبمدى يتراوح من (0.001 إلى 0.05 متر)، وقد اوجدت الحسابات عندما تكون قيمة wavelength of Wiggler= 0.02m، وعندما يكون مقدار Lorentz-factor (γ) = 9771.46 و 586.288 على التوالي، و كتلة الالكترون القياسية mass of the electron = 9.10938356* (kg) والسرعة القياسية للضوء هي C = 299,792,458 , أن المجال المغناطيسي (B) سيختفي عند والتي تسمى نقطة (القطع). كما تم حساب المعلمات الأخرى التي ستتأثر بتغيير undulator gap مثل (, , and ) حيث تم اعتبار أن scaling parameter (χ) قيمته المأخوذة (0.01)، و Length of undulator (Z) = 2m و gain-length = 0.0919348. كما تم حساب تأثير undulator gap على القدرة الخارجة من المرآة. كما تم في هذه الأطروحة ايضا حساب تأثير wavelength of Wiggler على كل من المجال المغناطيسي (B) والأطوال الموجية الناتجة في ليزر الإلكترون الحر (λ) و Wiggler parameter (k)، كما تم حساب تأثير wavelength of Wiggler على المعلمات الأخرى التي ستتأثر undulator gap مثل (, , and )
- وفي ضوء النتائج المستحصلة خلص الطالب الى التوصيات الاتية:
- دراسة المسافة بين المغناطيسات ضمن صف واحد في نظام متموج.
- دراسة هندسة المغناطيس من حيث (الطول والعرض) ودراسة تأثيرها على شدة المجال المغناطيسي.
- دراسة تأثير تغيير طول المتموج على خصائص ليزر الإلكترود المغناطيسي.
- دراسة أنظمة التبريد والفراغ في ليزر الإلكترود المغناطيسي.
- دراسة تأثير استخدام حزمة من الجسيمات المشحونة موجبةً بدلاً من سالبة الشحنة كوسط نشط في ليزر الإلكترود المغناطيسي.
- حساب نصف قطر الحلقة التي يدور فيها الإلكترون نتيجة تعرضه للمجال المغناطيسي، الذي غيّر مساره من خطي إلى دائري داخل نظام المتموج.
- حساب تأثير تغير الكتل النسبية بسبب تسارع جسيم مشحون بسرعات تقترب من سرعة الضوء على كمية الفوتونات المولدة والقدرة. ٨
- تطبيقات في الأمن والدفاع: دراسة كيفية استخدام ليزر النبضات الضوئية للكشف عن المواد الخطرة أو المتفجرات عن بُعد، من خلال دراسة أنماط التفاعل المختلفة بين شعاع الليزر ومختلف المواد الكيميائية.
- دراسة الطاقات المستخدمة في الليزر في تلميع وتسوية الأسطح الخشنة في المعادن.
- دراسة استخدام ترسيب الليزر النبضي (PLD) بطاقات مختلفة لتحضير المعادن والأكاسيد بأبعاد نانوية وميكروية.
