Acceleratorer løser universets store gåder - og redder kræftpatienter
Verden over bruges acceleratorer til alt lige fra at behandle kræftpatienter til at kan producere ny indsigt i fysikkens store gåder. Verdens førende accelerator-eksperter kolliderer i disse dage i København.
LCH CERN Acceleratorer

Large Hadron Collider (LHC) er verdens største og mest kraftfulde accelerator. Her bliver partikler accelereret op til enorme hastigheder i en 27 kilometer lang tunnel under Jorden. På en international konference om acceleratorer blev seneste nyt fra LHC præsenteret. (Foto: Maximilien Brice, CERN)  

Acceleratorer er redskaber, som kan generere nye opdagelser og skabe helt ny indsigt i fysikkens største gåder.

Nogle er kilometerlange og accelererer partikler op til svimlende hastigheder – og koster svimlende milliardbeløb.

Andre er mindre anlæg, som står på universiteter eller hospitaler, hvor de beskyder alt fra fødevarer og byggematerialer til livstruende kræftsvulster.

I disse dage er førende accelerator-eksperter samlet i København til verdens største internationale acceleratorkonference -  International Particle Accelerator Conference, IPAC’17 .

»IPAC er et udstillingsvindue for alle de fantastiske fremskridt, der sker inden for international acceleratorvidenskab og acceleratorteknologi,« lyder det i en udtalelse fra Gianluigi Arduini, som arbejder ved det europæiske forskningscenter CERN og er formand for IPAC-konferencens organisationskomite.

Eller som den lokale arrangør formulerer det:

 »Det er en nørd-konference. Den samler mennesker, som bygger acceleratorer, og mennesker, som elsker acceleratorer,« fortæller Mats Lindroos, som er ledende arrangør af årets konference og leder af acceleratorafdelingen ved forskningscentret European Spallation Source, ESS.

ESS: Protoner i fuld fart

ESS Lund neutronmikroskop

European Spallation Source, ESS, fungerer som et kæmpestort og avanceret mikroskop, der kan undersøge atomare strukturer af medicin, plastik, motorer, proteiner, molekyler og meget andet. ESS koster ca. 14. milliarderer, hvoraf Danmark betaler 12,5 procent af opførelsen og driften. Selve anlægget ligger i Lund, mens et datacenter, som hører til ESS, ligger i København. (Illustration: ESS)

European Spallation Source, ESS, er et godt eksempel på en af de store nyheder i acceleratorverdenen. Forskningscentret er ledet af Sverige og Danmark, og ifølge pressemateriale er der tale om Danmarks relativt største forskningsinvestering, siden astronomen Tycho Brahe fik bygget sit observatorium på Hven i 1500-tallet.

Forskningscentret er i øjeblikket ved at blive opført i Lund i Sverige og skal accelerere protoner – positivt ladede partikler – op til stor hastighed. Protonerne bliver skudt ind på en atomkerne, og derved bliver en anden partikel – en neutron – sluppet løs fra sin kerne.

»Når man slår på en tung kerne med protonerne, får man slået neutroner fri. Bagefter fanger vi neutronerne og sender dem til forskerne, som bruger dem til deres eksperimenter,« fortæller Mats Lindroos fra ESS.

Forskerne bruger neutronerne som et ’mikroskop’. Ved at beskyde materialer med neutroner, kan man nemlig få informationer om, hvordan de forskellige materialer er opbygget i allermindste detalje. Når ESS står klar til brug for forskere i 2023, vil det store forskningsanlæg også udmærke sig ved at være klimaneutralt. Det kan du læse mere om i denne artikel.

MAX IV: Elektroner accelereres

MAX IV

MAX IV ligger i Lund og er en 528 meter lang accelerator, hvor eletroner kører rundt med en energi på 3 gigaelektrovolt. (Foto: MAX IV)

Lige i nærheden af ESS i Lund står en anden nyskabende accelerator, som også vækker opmærksomhed på IPAC-konferencen i disse dage.

MAX IV er et såkaldt synkrotronstråle-anlæg, hvor elektroner bliver accelereret op i svimlende hastigheder – og dermed udsender røntgenstråling. MAX IV fungerer ligesom ESS som et kæmpestort og avanceret mikroskop. Men frem for at skyde med neutroner skyder MAX IV altså med røntgenstråling.

»Både MAX IV og ESS er af stor interesse for folk på konferencen. Den teknik, som bliver udviklet til ESS eller er blevet bygget til MAX IV, er også brugbar for andre acceleratorfaciliteter rundt omkring i verden,« siger Paul Collier, som er leder af strålingsafdelingen på CERN.

MAX IV åbnede sidste år, og blandt de første forskere, som udnyttede anlægget var en forskergruppe fra Danmarks Tekniske Universitet. Ifølge en pressemeddelelse fra MAX IV brugte de danske forskere anlægget til at undersøge et mineral kaldet Kesterite, som de håber på at kunne udnytte til solceller.

Læs mere om MAX IV i denne artikel.

CERN: Her er seneste nyt

I videoen her kan du høre mere om, hvordan man forsøger at skabe nye og mere kompakte acceleratorer på CERN. (Video: TEDex)

Verdens største og mest kraftfulde accelerator – Large Hadron Collider (LHC), som er tilknyttet forskningscentret CERN i Schweiz – var naturligvis også repræsenteret på konferencen i København.

Large Hadron Collider sender protoner rundt i en 27 kilometer lang ringformet accelerator og undersøger, hvad der sker, når protonerne tørner sammen. Den mest berømte og opsigtsvækkende opdagelse gjort med Large Hadron Collider (LHC) er uden tvivl Higgs-partiklen, som blev annonceret i 2012.

»LHC er vores flagskibs-maskine på CERN. I øjeblikket er vi ved at forberede os på, at skulle køre LHC igen i år, og det skaber som regel en god del interesse inden for feltet og også fra offentligheden. Sidste år kørte LHC ekstremt godt,« fortæller Paul Collier fra CERN.

Herudover medbragte CERN også nyheder fra andre accelerator-eksperimenter – blandt andet et projekt kaldet The Proton Driven Plasma Wakefield Acceleration Experiment (AWAKE). Ideen med AWAKE er at forsøge at lave et anlæg, som ikke behøver kilometerlange acceleratorer, men i stedet kan accelerere partikler op til meget høje energier over kort afstand.

»AWAKE undersøger en fuldstændig ny måde at accelerere partikler på. Vi vil bruge en stråle af protoner til at skabe et plasma – en opsplittet gas, hvor elektronerne er splittet fra atomerne. Ved at bruge denne teknik kan du potentielt set skabe små, meget kompakte acceleratorer,« fortæller Paul Collier, som tilføjer, at plasma-teknikken bliver udforsket verden over, men at CERN er det eneste sted, hvor man i øjeblikket har faciliteter til at udføre eksperimenter.

»Vi har investeret i en ny facilitet, som vi opstartede i slutningen af sidste år, og som vi lige nu er begyndt at få de første data fra. Så det er meget spændende.«

Accelerator i Aarhus

ASTRID2-acceleratoren har en omkreds på 46 meter. Den accelererer elektroner til lige under lysets hastighed, hvorved meget intenst kortbølget lys udsendes. (Foto: Lars Kruse/AU Kommunikation)

Sammen med ESS og MAX IV var Aarhus Universitet også medarrangør af årets internationale acceleratorkonference.

Aarhus Universitet huser nemlig også en avanceret accelerator af international kaliber, som bærer navnet ASTRID 2.

ASTRID 2 er ligesom MAX IV et synkrotronstråle-anlæg, som sender elektroner op i hastigheder nær lysets hastighed.

Dermed bliver der udsendt et meget intenst kortbølget lys. Dette brillante lys – synkrotronstrålingen – bruges af forskerne til at analysere alt fra biologiske systemer til nano-teknologiske forbindelser på atomar skala.

Du kan læse meget mere om ASTRID 2 i artiklerne Unik dansk opfindelse afslører atomernes hemmeligheder, og Forskerne flokkes om den danske partikelaccelerator ASTRID2.

Acceleratorer på hospitaler

Ved partikelterapi bliver elektrisk ladede partikler skudt ind på kræftsvulsten for at dræbe den. Behandlingen rammer kræftsvulsten mere præcist og målrettet end almindelig strålebehandling af kræft, men for at kunne udføre behandlingen er der brug for avanceret accelerator-udstyr. (Illustration: Danfysik)

Acceleratorer er imidlertid ikke kun kæmpestore anlæg, som forskere udnytter til videnskabelige landvindinger.

Det kan også være mindre anlæg, som eksempelvis står hospitaler og klinikker.

»Acceleratorer bliver brugt på mange forskellige måder. Ikke bare til partikelfysik, som vi gør på CERN, men der er også rigtig mange praktiske anvendelser – for eksempel medicinske anvendelser, industrielle anvendelser og så videre. Men bagved det hele er der teknologier, som minder om hinanden,« forklarer Paul Collier.

Traditionelt har hospitalerne haft anlæg, som beskyder kræftsvulster med røntgenstråling – en behandling kendt som strålebehandling.

I de senere år har en nyere og mere præcis type kræftbehandling kaldet partikelterapi imidlertid vundet indpas. Her bliver kræftsvulster beskudt med ladede partikler såsom protoner eller kulstof-ioner.

På Aarhus Universitetshospital er man i øjeblikket i fuld gang med at bygge en accelerator, som kan bruges til partikelterapi – det kan du læse meget mere om i denne artikel.

 

Det sker