الليزر

تعرف كلمة الليزر في المصطلحات العربية بأنها اختصار لبداية الكلمات الإنجليزية LASER Light Amplification Bysimulated Emission of Radiaion التي توضح معناها بأنها تضخم الضوء بانبعاث الإشعاع المستحث أو تضخيم الضوء ببث الإشعاعات بواسطة الحث. ويعد اكتشاف أشعة الليزر من أكثر التطورات إثارة في القرن العشرين. وشعاع الليزر الفعال يبلغ سمك قلم الرصاص ويبدو وكأنه من صنع الخيال وشعاع الليزر أيضا يمثل الموت لخطورته، وفي نفس الوقت يمثل في بعض الحالات العلاج الطبي الشافي. ويمكن القول إن البشرية بدأت تعيش عصر الليزر حيث دخلت أشعته جوهر حياة البشر، وتطور تقنيته جعلته عنصراً أساسيا في كافة المجالات العلمية والاقتصادية المتطورة. وتنتقل أشعة الليزر بسرعة الضوء التي تبلغ 000،300كم- ثانية أو 000،186ميل-ثانية.

بدأت أولى دراسات البحث في أشعة الليزر في يوغسلافيا منذ نهاية عقد الخمسينات ثم تطورت دراساته عام 1960 في الولايات المتحدة في ولاية كاليفورنيا بواسطة بعض العلماء الذين قاموا ببحوثهم حول هذا الموضوع، عندما ابتكر أحدهم قضيبا بلوريا من حجارة الياقوت الثمينة، ووضعوه أمام وهج الضوء العادى، فانبعثت منه نبضات ضوئية أطلقوا عليها اسم ضوء الليزر. وانتشر استعمال هذا الضوء في المجالات الصناعية ولم يعد محصورا داخل المختبرات العلمية. واتسع استخدام أشعة الليزر في المخازن الكبرى وفي المنازل وفي الصناعة والفن والطب والسلم والحرب أيضا.
توليد أشعة الليزر
تتولد أشعة الليزر نتيجة للبث بواسطة الحث. وهذا هو ما يميزها عن المصادر الضوئية التقليدية التي تكون فيها العملية الأساسية هي عملية البث التلقائى غير المتلاحم أو غير المركز. وهذا يعني أن ذرات المنظومة المشعة تبث في فترات مختلفة وفى جميع الاتجاهات. أما بث الليزر الذى يتم بواسطة الحث فإنه على العكس من ذلك عبارة عن عملية متلاحمة أو مركزة. فالذرات تبث معاً بصورة متتابعة وفى اتجاه محدد. إن هذه الخاصية الأساسية هي ما يحدد خصائص الليزر، التي يمكن إيجازها في:
أ- الحزمة الضوئية الضيقة للبث.
ب- التوازي التام- شبه التام لأشعة الضوء الخارجة (تبعا للمسافة).
ج- البث الاشعاعى عند تردد خاص نتيجة حث اشعاعي آخر أو منشط خارجي على نفس التردد.
استخدام الليزر في الصناعة
ينتج أقوى جهاز ليزر صناعي طاقة حرارية أقوى بقليل من الطاقة الناتجة من جهاز المطبخ الكهربائي.
ولكن يمكن تركيز طاقة الليزر لتصبح نقطة في حجم رأس الدبوس. هذا التركيز يعطي الطاقة قوة حرارية يمكنها تسخين المعادن وتحويلها إلى بخار بشكل فورى تقريبا. إن دقة تركيز الليزر تساعد في استخدامه لقطع المعادن الصلبة بدقة أفضل من استخدامات المعدات العادية. كما أن انعكاس الليزر على المرايا يتيح توجيهها نحو أجزاء يصعب الوصول إليها بالأسلوب المعتاد.
وتستخدم أشعة الليزر في صناعة السيارات الحديثة حيث دقته ومقدرته الهائلة تجعلانه مثاليا في لحام وتجميع هيكل السيارة. كما أن الليزر يستخدم في الصناعات الخفيفة مثل قطع ورق الطباعة والزجاج والسيراميك وكذلك قطع الماس وهو أصلب المعادن التي عرفتها البشرية.
يستخدم شعاع الليزر كأدق وسائل القياس على الإطلاق وله القدرة على قياس المسافات الشاسعة كالمسافة بين الأرض والقمر، وقد تم استخدام أشعة الليزر في هذه العملية المعقدة عندما هبط رواد المركبة أبوللو على سطح القمر عام 1969، حيث وضعوا فوق سطح القمر مرآة خاصة. وقد صوب العلماء من المحطة الأرضية على هذه المرآة نبضات ضوء ليزر بواسطة تلسكوب كبير، وتم حساب الوقت الذى استغرقه الضوء من ساعة توجهه إلى القمر وانعكاسه عن المرآة ثم عودته إلى مركز انطلاقه - حيث أمكن الحصول على المسافة بين الأرض والقمر التى بلغت 238857 ميلا وهو ما يعادل 384560 كيلومترا. مع الأخذ في الاعتبار أن نسبة الخطأ في هذه العملية الحسابية لا يزيد أو ينخفض عن أربع بوصات وهو ما يعادل 10 سنتيمترات في طول المسافة الفعلية الطويلة.
استخدام الليزر في قياسات أخرى
تنعكس نبضات ضوء الليزر المرسلة من المحطات الأرضية إلى الأقمار الصناعية العاملة في مدار الأرض- تنعكس عن هذه الأقمار وتعود إلى مراكز إرسالها في المختبرات فيحللها العلماء، وذلك لكشف أقل تغييرات تحدث فوق قشرة الكرة الأرضية. ربما لذلك تستخدم المطارات المدنية أشعة الليزر في أعمال الملاحة الجوية، حيث عندما تصطدم أشعة الليزر بالضباب والغيوم ينعكس الضوء، لتستقبله أجهزة تقدير المسافة ويتم حساب ارتفاع الغيوم بدقة فائقة. هذا مع الإشارة إلى أنه يستخدم في قياس المسافات القصيرة جدا. ويعرفه العلماء بدقة الطول الفعلى لأصغر موجة ليزر، وهى أقل من 0005.000.0 من المتر. كما يعرفون أسلوب إحصاء هذه الموجات وهى الكسور العشرية لها مما يسمح بالحصول على حسابات دقيقة بشكل غير مسبوق.
استخدام الليزر في البناء
جعلت الدقة في استقامة خط شعاع الليزر، القائمين بأعمال البناء يستخدمونه في كافة أعمال البناء للتأكد من استقامة البناء وتدقيق مد خطوط نقل النفط وبناء الجسور وحفر الأنفاق.
استخدام الليزر عسكريا
أصبحت أشعة الليزر وأجهزتها في الوقت الحاضر من الوسائل الأساسية في تسليح القوات. وتستخدم هذه القوات في الوقت الحاضر هذه الأجهزة في تحديد مسافات الأهداف ومواقعها جهاز خاص يطلق عليه جهاز تحديد المسافة بالليزر أو محدد المسافة أو محدد الهدف أو أى تسمية أخرى، تحسب المسافة وتركز على الموقع بدقة وسرعة. وهذا الجهاز يعمل بفضل الأسلوب الذى استعمل في حساب المسافة بين الأرض والقمر، وذلك بإرسال نبضات ليزر دقيقة على الهدف، ثم التقاط هذه النبضات المنعكسة، ويتم حساب المسافة آليا وهكذا تحدد المسافة والموقع.
وتستخدم الطائرات المقاتلة الحديثة أيضا هذه الأجهزة المتطورة لتساعد الطيار على حساب ارتفاعه من سطح الأرض للتحليق عالياً أو يطير منخفضا حسب الموقف، وكذلك الأمر بالنسبة للطائرات المدنية. كما يستخدم الليزر في إرشاد الصاروخ نحو هدفه، حيث تستعين القوات بجهاز تحديد المسافة الذى يصدر نبضات ليزر دقيقة محددة نحو الهدف، وترتد هذه النبضات عن الهدف في اتجاهات مختلفة، ويلتقط جهاز الاستقبال المثبت في رأس الصاروخ هذه النبضات المرتدة حيث يتجه الصاروخ نحو الهدف المقصود.
التطورات المحتملة
لاستخدامات الليزر عسكريا
إلى جانب ارتباط مصطلح الليزر ببعض الإنجازات الطبية والاستخدامات اللونية، فقد ارتبط في الوقت نفسه بما يهدد أمنها فيما لو تم استخدامه كوسيلة من وسائل الفتك والدمار. تنبأ الكاتب الإنجليزي ه. ج. ويلز في كتابه "حرب العوالم" بابتلاء الأرض بغزاة من كوكب المريخ وبشعاع يطلق عليه شعاع الموت يشبه أشعة الليزر إلى حد بعيد. كما تأثر كثير من البشر في العصر الحديث بما يرونه من أفلام الخيال العلمى بمثل هذه الروايات المتعددة. كما أن خصائص اشعة الليزر فتحت المجال واسعا أمام التطبيقات العملية والعلمية في المجالين المدني والعسكري.
وحتى يمكن تركيز الدراسة نستعرض هذه التطورات المجال العسكري.
@ التطور المحتمل على الأسلحة الخفيفة:
تم ابتكار بندقية الليزر لتزويد جندي المشاه بها. وهذه البندقية يبلغ وزنها اثني عشر كلجم، إلا أنها قادرة على إطلاق قذائف الضوء أو ومضات ضوئية على الأهداف الحربية المطلوبة دون إحداث صوت. وبهذه الومضات الضوئية يمكن من بعد إشعال الملابس والأخشاب وتفجير المواد المتفجرة وكذلك فإنها قادرة على إصابة الأفراد بالعمى المؤقت (لعدة ساعات) إذا وجهت إليهم هذه القذائف من مسافات بعيدة. أما إذا استخدمت في الرمى على الأهداف من مسافات قريبة، فإن حرارة الضوء المسلط الذى تطلقه أجهزة الليزر ستكون بمثابة إشعاع مميت للفرد وتبلغ الحرارة 100 مليون وات- السنتيمتر المربع، حتى لو اختفى خلف درع واقٍ، لأن هذه الحرارة قادرة على قطع درع سميك من المعدن. وأصبح هذا الابتكار بمثابة وسيلة قتل جديدة مؤثرة في المدى القصير والبعيد دون أي جلبة.
التطور المحتمل على المدفعية:
تم اختراع مدفع ليزر جديد يوضع على ناقلة جند مدرعة، وذلك عن طريق توجيه أشعة الليزر عليها. تعد أهم مزايا هذا المدفع المسمى Army Mobile Laser Gun هو أن حزمة أشعة الليزر يمكن أن تضرب هدفها خلال ثوان فقط، أى أقل بكثير من الوقت الذى يستغرقه الصاروخ للوصول إلى الهدف نفسه.
@ التطور المحتمل في مجال تقدير المسافة وكشف الأهداف:
ساعد الليزر على اختصار الزمن المطلوب لتقدير المدى. كما أسهم في تجاوز مشكلة الخطأ المسموح به أو المحتمل. وعلى ذلك باتت القوات البحرية-الجوية-البرية للدول المتقدمة صناعيا- مجهزة بوسائل تقدير مسافة ضمن زمن قياسي يبلغ 001و0 من الثانية وبنسبة خطأ (بلغ خمسة أمتار خلال 2000 عملية). وهذا يعنى أنه أصبح بمقدور الأسلحة أن تفتح النار على الأهداف بأقل تأخير وبأفضل دقة إصابة ممكنة، وهو ما يعنى تحقيق المفاجأة التامة والاقتصاد في الموارد.
كما أن استخدام الليزر أدى إلى مضاعفة المساحة المكتشفة بحوالي عشرة أضعاف، فضلا عن أن سرعة الكشف تزداد هي الأخرى بالنسبة نفسها. ويرجع ذلك إلى أن حزمة شعاع الرادار الذى يستخدم الليزر بالأشعة تحت الحمراء تستطيع أن تقوم بقياسات أكثر من 000و10 مرة من حزمة شعاع رادار عادى، وهي حساسة إلى درجة تتمكن معها من قياس سرعة بطيئة للغاية كسرعة حركة الحلزون مثلا. ويتم حاليا التركيز بشكل خاص على استخدام الليزر على نطاق واسع في أعمال كشف الأجسام والأهداف المموهة في الاستطلاع الجوى عن طريق استخدام كاميرات تصوير ليزر ونظم الرصد المباشرة. وقد تبين أن تصميم هذه الأجهزة على سرعة ما لتوسيع حقل النظر لإشعاعات الليزر بزوايا كبيرة، يحقق الحصول على نطاق الرصد نفسه بواسطة التصوير الجوى مع استخدام زوايا تصوير جوى كبيرة. والمؤكد أن استخدام مثل هذا الجهاز ذى الفعالية في عمليات الاستطلاع، يمكن أن يساعد على كشف الأهداف المموهة بدقة كبيرة.
@ التطور المحتمل في مجالات الكيمياء الحيوية:
أصبح استخدام أشعة الليزر في هذا المجال يوفر مجالا خصبا لتوظيفه وتطوير خصائصه. فقد أظهرت الدراسات الحديثة أنه من الممكن السيطرة على بعض التفاعلات الكيميائية داخل الخلايا الحيوانية بواسطة الأشعة تحت الحمراء التى تعمل كعامل مؤثر أو كعامل مساعد يغير من اتجاه التفاعل. وهذا يعنى أنه من الممكن استخدام شعاع الليزر كناقل للأوامر الخاصة بدفع عملية التطور داخل المنظومات الحية في اتجاه غير طبيعي.
@ التطور المحتمل في مجال الاتصالات:
أصبحت تطبيقات استخدام الليزر في مجال الاتصالات منتشرة على نطاق واسع في جيوش الدول المتقدمة صناعيا. إلا أن الاستخدام الأحدث لهذه الأشعة هو استخدامها كوسيلة للتدمير عوضا عن المتفجرات، لأن أشعة الليزر قادرة على تحرير طاقة عالية تتمكن من تبخير الكربون في درجة حرارة 8000 درجة مئوية. إن توظيف الليزر في الاتصالات العسكرية سوف يؤدي إلى تغطية الاحتياج القائم بضرورة وجود اتصالات بعيدة وسريعة وآمنة.
@ بدء تطور استخدام الطائرات غير المأهولة:
تغيرت المفاهيم المتصلة باستخدام الطائرات غير المأهولة في الحروب، منذ استخدام نظام (المنترس) بواسطة القوات الجوية الأمريكية فى ألبانيا للمرة الأولى منذ شهر يوليو 1995 حيث سبق تجربته منذ منتصف عام 1994. وارتبط ذلك باستخدام قوات حلف شمال الأطلسي لذلك الأسلوب عندما اتسع التدخل الأروربي في مشاكل منطقة البلقان المتعددة. وكانت تلك البداية جزءا من عمليات الحلف التي جعلت أجواء منطقة البلقان يحظر الطيران فوقها.
@ التطور المحتمل في المجال البحري والتأثير الضوئي الهيدروليكي:
اكتشف بعض الخبراء الروس ظاهرة أطلق عليها التأثير الضوئي الهيدروليكى، التي يتولد نتيجة عنها ضغط هائل داخل السوائل (المياه) التي تتعرض لأشعة الليزر، مما يعنى أنه قد يتمكن سلاح يصمم على هذا الأساس من سحق الغواصات أو هياكل السفن بسهولة ليستخدم بديلا للقذائف المتفجرة.
@ التطور المحتمل في المجال النووى:
نتيجة قدرة أشعة الليزر على صهر المعادن على بعد مئات الكيلومترات، أصبحت أشعة الليزر مؤثرة جدا ولها قدرات خاصة في مجال اعتراض القذائف النووية العابرة للقارات، ذلك أن سرعة هذه المقذوفات التي تبلغ 000،24كم- ساعة تجعل منها هدفا بطيئا وفي متناول اليد بالنسبة لأشعة الليزر التي تبلغ سرعتها 000،300 كم- ثانية. وعند استخدام أشعة الليزر المركزة على الرؤوس النووية لتلك القذائف، يتم تحويل الذرات الغازية المتأيِّنة التي تحيط بتلك الرؤوس عند وجودها داخل الغلاف الجوى إلى كرة نارية هائلة تحرق القذيفة وتبيدها مع الرأس النووي.
هذا من حيث مقاومة الأسلحة النووية، أما إسهام أشعة الليزر في مجال الأسلحة النووية ذاتها فيعد أهم ما أمكن تحقيقه في شأن التطبيقات العملية في هذا المجال، حيث أمكن عام 1969 إجراء تجربة الاندماج النووي بين ذرات الهيدروجين الثقيل باستخدام الليزر كوسيلة إشعال بدلا من قنبلة اليورانيوم 235 نظرا للحرارة العالية التي أمكن توليدها بواسطته والتى بلغت مئات الملايين من الدرجات المئوية. وآنذاك أمكن الاهتمام بأجهزة الليزر الكيماوية التي يتلاءم حجمها جيدا مع الأغراض العسكرية، والتي يتم توليد الطاقة فيها انطلاقا من كتلة من الذرات والجزيئات المنشَّطة مسبقا بواسطة التفاعلات الكيميائية.
إن هذا النوع من الليزر قادر على إشعال قنبلة هيدروجينية دون الحاجة إلى اليورانيوم 235. وبالتالي يمكن الاستغناء عن المعامل الضخمة التي تنتجه. وهذا سوف يؤدى إلى أن كثيرا من الأقطار- حتى النامية منها- سوف تكون قادرة على امتلاك أجهزة فصل لامركزية غازيه (لفصل النظائر) مع بعض الفنيين المختصين وعدد مناسب من أجهزة الليزر الكيميائية، وبالتالي إمكانية صنع قنابل نووية خاصة بها. وهذا بلا شك سيؤدي إلى انشار الأسلحة النووية على نطاق واسع وإحداث انقلاب فى التوازن الذى يعتمد على الردع النووي.