دستاورد بزرگ هسته‌ای ایران در ساخت بلورهای الکتریکی

گروه اجتماعی خبرگزاری تسنیم، علی اصغر اصولی؛ توسعه و بومی‌سازی فناوری کوره‌های رشد "بلورهای الکتریکی" در کشور به‌عنوان یکی از زیرساخت‌های حیاتی در حوزه علم مواد و فناوری‌های نوین دفاعی، صلح‌آمیز و هسته‌ای در پژوهشگاه علوم و فنون هسته‌ای ایران مورد توجه جدی قرار گرفته است. کارشناسان معتقدند دسترسی به این فناوری، نقطه اتکای بسیاری از صنایع پیشرفته جهان است و نقش زیربنایی در حوزه‌های حیاتی همانند صنایع هوافضا، پزشکی هسته‌ای، سامانه‌های راداری و اپتوالکترونیک دارد.

اهمیت مواد بلوری در رشد علمی و فناوری جهان

در حال حاضر، دانش و مهندسی بلورها (Crystallography) به‌عنوان یکی از مهم‌ترین شاخه‌های علوم پایه و فناوری شناخته می‌شود. پیشرفت در حوزه مواد بلوری باعث توسعه قطعات نوری، نیمه‌هادی، لیزرها، دیتکتورهای پرتوی و گسترش فناوری‌های اطلاعاتی شده است. مواد بلوری مثل YAG (Yttrium Aluminium Garnet) نقش کلیدی در ساخت لیزرهای صنعتی داشته‌اند و بلورهای هالیدی و فلوورید به‌عنوان شناسگر (Detector) حیاتی در پزشکی هسته‌ای و آشکارسازهای هسته‌ای کاربرد دارند.

شرح دستاورد و مشخصات فنی

امروزه تولید بلورهای بزرگ و خالص با ساختارهای دقیق، پایه توسعه صنایع پیشرفته محسوب می‌شود. در بخش‌هایی از صنعت همانند ارتباطات، سامانه‌های رادار و جنگ الکترونیک، ساخت آنتن‌ها و حسگرهای حساس، تجهیزات لیزری و فناوری‌های فضایی و همچنین سامانه‌های اپتوترونیک دفاعی، استفاده از بلورهای با کیفیت بالا، امری کلیدی است.

رشد بلور معمولاً با کمک کوره‌های الکتریکی و انواع روش‌های Czochralski، Bridgman و... صورت می‌گیرد. به عنوان مثال، روش Czochralski (CZ) بیشترین اهمیت را در تولید بلور سیلیکون فوق خالص برای صنایع نیمه هادی دارد.

گام‌های بعدی و افق فناورانه کشور

بهینه‌سازی کوره‌ها و دستگاه‌ها جهت رشد بلور YAG، به‌ویژه در لیزرها و سنتیلاتورها (که برای آشکارسازهای پرتوی مورد نیاز است) از اولویت‌های تحقیقاتی محسوب می‌شود. همچنین توسعه قابلیت رشد بلور LIF (MG, TI) که یکی از مواد پایه برای دزیمترهای TLDI (Thermo-Luminescence Dosimeter) است، در دستور کار قرار دارد. نیم‌نگاه به تحقیقات موسسه Fraunhofer آلمان و دانشگاه MIT آمریکا نشان می‌دهد این زیرساخت‌ها، پایه تولید بسیاری از تجهیزات صادراتی و دفاعی کشورهای صاحب فناوری است.

بازار هدف و کاربردهای کلیدی

رشد هالیدهای قلیایی با ابعاد بزرگ (دمای ذوب حداکثر 1600 درجه سانتی‌گراد) و نیز بلورهای نیمه‌هادی با دمای ذوب پایین‌تر (950 درجه) بخش مهمی از بازار تجهیزات پزشکی، آشکارسازهای هسته‌ای (شامل GE(Li)، NaI (Tl)، BaF2، LiF (W) و همچنین صنایع الکترونیکی و لیزری را در جهان تشکیل می‌دهند. بر اساس گزارش‌ها ارزش بازار جهانی بلورهای سنتیلاتوری و آشکارساز تا سال 2030 میلادی رشد چشمگیری خواهد داشت و کشورهایی که در بومی‌سازی این فناوری موفق شوند در حوزه صادرات تجهیزات پزشکی، هسته‌ای و صنایع دفاعی نقش‌آفرین خواهند بود.

توسعه فناوری کوره‌های رشد بلور الکتریکی، علاوه بر اثربخشی صلح‌آمیز و صنعتی، به‌عنوان پشتوانه مطمئن فناوری‌های دفاعی نیز شناخته می‌شود. این دستاورد یکی از مولفه‌های اقتدار علمی و فنی کشور بوده و تقویت آن نقش ویژه‌ای در کاهش وابستگی، رشد صادرات فناورانه و حمایت از صنایع دفاعی و هسته‌ای ایفا خواهد کرد.

براساس گزارش‌های منتشر‌شده از سوی منابع معتبر بین‌المللی بازار جهانی انواع کوره‌ها و سیستم‌های رشد بلور (Crystal Growth Systems) در دهه پیش رو با رشد قابل توجهی همراه خواهد بود و اکنون رقابت شدیدی میان کشورهای پیشرفته برای تصاحب سهم بیشتری از این بازار شکل گرفته است.

براساس داده‌های منتشر شده از منابع مختلف، ارزش بازار تجهیزات رشد بلور در سال 2023 نزدیک به 1.5 میلیارد دلار بوده و پیش‌بینی می‌شود این رقم تا سال 2033 به 3 میلیارد دلار برسد. نرخ رشد سالانه مرکب (CAGR) این بازار برای دوره 2024 تا 2033 حدود 7.8 درصد برآورد شده که نمایانگر روند افزایشی تقاضا در صنایع مبتنی بر فناوری‌های پیشرفته است. در همین حال، گزارش‌ها حکایت از آن دارد که ارزش کل بازار جهانی کریستال (شامل انواع کاربردهای الکترونیکی، نوری، زینتی و غیره) در سال 2024 معادل 4.57 میلیارد دلار است و انتظار می‌رود تا سال 2033 به 6.44 میلیارد دلار برسد که این رشد، نرخ سالانه‌ای معادل 3.9 درصد را نشان می‌دهد.

عمده‌ترین کاربردهای این بازار در بخش‌هایی چون نیمه‌هادی‌ها، اپتوالکترونیک، هوافضا و دفاع، تجهیزات پزشکی هسته‌ای، انرژی‌های نو، لیزر و تجهیزات مخابراتی است. توسعه فناوری‌های نوینی که نیازمند کریستال‌های بسیار خالص و دقیق هستند، به همراه رشد روزافزون تولید تجهیزات لیزر و آشکارسازهای پرتو و همچنین تحرک بازارهای نظامی و فضایی، از مهم‌ترین پیشران‌های این رشد به شمار می‌روند. روش‌های متنوعی برای رشد بلور در جهان مرسوم است که از آن جمله می‌توان به تکنیک‌هایی مانند چوکرالسکی (CZ)، بریجمن و Floating Zone اشاره کرد که هر یک کشورهای صاحب فناوری و شرکت‌های پیشگام خود را دارند.

از منظر جغرافیایی و رقابت منطقه‌ای، آسیا - اقیانوسیه بزرگ‌ترین و سریع‌ترین رشد بازار را به خود اختصاص داده است. کشورهایی مانند چین، ژاپن و کره‌جنوبی با بهره‌مندی از زیرساخت‌های عظیم، حمایت‌های دولتی و حضور موثر شرکت‌های بین‌المللی، سهم عمده‌ای در این صنعت دارند. آمریکای شمالی و کشورهای اروپایی نیز گرچه بخش مهمی از بازار و فناوری‌های مربوط را در دست دارند، اما با چالش رقابت فناورانه، به ویژه در مقابل آسیا، روبرو هستند.

شرکت‌هایی مانند GT Advanced Technologies (آمریکا)، Sumitomo Electric (ژاپن)، AXT و Saint-Gobain (فرانسه) از جمله بازیگران اصلی این بازار هستند. در خاورمیانه و به ویژه ایران، حضور در بازار جهانی محدود مانده اما کشورمان به واسطه ظرفیت فنی و علمی و تمرکز بر توسعه و بومی‌سازی فناوری می‌تواند جایگاه خود را در کاربردهای استراتژیک و صنایع دفاعی و پزشکی ارتقا بخشد.

در یک جمع‌بندی آماری، بازار تجهیزات رشد بلور در سال 2024 معادل 1.5 میلیارد دلار ارزش‌گذاری شده و تا سال 2033 به 3 میلیارد دلار خواهد رسید (رشد سالانه 7.8 درصد)، در حالی‌که کل بازار جهانی کریستال با رقم 4.57 میلیارد دلار در سال 2024 تا مرز 6.44 میلیارد دلار در 2033 افزایش خواهد یافت (رشد سالانه 3.9 درصد). بر این اساس، کشورهای شرق آسیا و به ویژه چین و ژاپن پیشتاز این بازار هستند.

در خصوص ایران، فرصت‌هایی نظیر توسعه علوم مواد بلوری و نیمه‌رساناها برای افزایش توان داخلی در حوزه‌هایی چون دفاع، لیزر و تجهیزات پزشکی مطرح است که می‌تواند علاوه بر کاهش وابستگی ارزی، زمینه ایجاد مزیت صادراتی را (به ویژه در منطقه غرب آسیا) فراهم کند.

در نهایت، می‌توان گفت بازار جهانی سیستم‌های رشد بلور با سرعتی چشمگیر درحال توسعه است و کشورهای آسیایی، علی‌الخصوص چین و ژاپن، تسلط محسوسی بر این عرصه دارند. ایران نیز در صورت تداوم حمایت از پژوهش‌های علمی، سرمایه‌گذاری در زیرساخت‌ها و پشتیبانی از شرکت‌های دانش‌بنیان، قادر خواهد بود سهم بیشتری در آینده این بازار به دست آورد، به ویژه در زمینه‌های دفاعی، هسته‌ای و پزشکی که از اهمیت راهبردی برخوردارند.