Røntgen- og neutronstråler kan være nøglen i kampen mod COVID-19 – og meget andet
At forstå materialer helt ned på atom-niveau er nødvendigt for at kunne udvikle nye miljøvenlige materialer, energiteknologier og medicin. Adgangen til spritnye faciliteter i Lund kan gøre dansk forskning i røntgen- og neutronstråling til verdensførende.

Luftfoto af MaxIV. Synkrotronen er 528 m i omkreds, og producerer allerede nogle af verdens bedste røntgenstråler. (Foto: Perry Nordeng)

Luftfoto af MaxIV. Synkrotronen er 528 m i omkreds, og producerer allerede nogle af verdens bedste røntgenstråler. (Foto: Perry Nordeng)

Medicin, der er så målrettet, at det enkelte molekyle passer i cellerne som en nøgle i en lås.

Et redskab i kampen mod corona.

Eller produkter af genbrugsplastik, som har lige så gode egenskaber som de originale.

Det er noget af det, moderne røntgen- og neutronforskning kan danne baggrund for. Forskningen kan give nye løsninger på nogle af samfundets problemer indenfor medicin, miljøvenlige materialer og grøn energi.

Meget af den skelsættende forskning foregår i dag på store internationale anlæg spredt på flere kontinenter. Men en game changer bliver, at nogle af verdens bedste forskningsfaciliteter snart står klar i Lund, lige på den anden side af Øresund - en times kørsel fra København.

Det giver danske forskere og virksomheder en fantastisk mulighed.

Fakta
Forskerzonen

Denne artikel er en del af Forskerzonen, som er stedet, hvor forskerne selv kommer direkte til orde.

Her skriver de om deres forskning og forskningsfelt, bringer relevant viden ind i den offentlige debat og formidler til et bredt publikum.

Forskerzonen er støttet af Lundbeckfonden.

Røntgen til kamp mod corona

Et meget aktuelt eksempel på, at røntgenforskning gavner samfundet, er gennem udviklingen af medicin mod COVID-19.

Allerede i januar blev et af virussets proteiner undersøgt i en kinesisk synkrotron – det vil sige et anlæg til at producere super-intens røntgenstråling – fordi selve strukturen er afgørende for, at man kan finde lige netop det, der gør, at virusset bliver forhindret i at trænge ind i cellerne.

I dag arbejder forskere over hele verden på at finde dels en medicin, der kan helbrede, dels en vaccine, der forhindrer folk i at blive syge.

Max IV i Lund og flere andre synkrotroner tilbyder, at forskere, der arbejder på at finde en kur, kan få adgang til eksperimenter med det samme.

Før jeg går nærmere ind i dette, så lad os se på, hvorfor røntgenstråler kan bruges til så mange forskellige ting.

Synkrotronen MAX IV

Er en stor, cirkulær røntgen-kilde i Lund.

MAX IV har en omkreds på 528 meter. Inde i den cirkulerer elektroner tæt på lysets hastighed. De passerer regelmæssigt igennem magnetfelter, som afbøjer dem rundt i kredsen, og hver gang det sker udsender de røntgenstråling.

Den stråling kan i modsætning til infrarød gå igennem de fleste materialer og dermed bruges til at undersøge dem.

Stråler, der ser helt ned til atomerne

I min sektion på Niels Bohr Institutet bruger jeg og mine forskerkollegaer røntgen og neutroner indenfor forskning i blandt andet superledere, polymermaterialer og proteiner.

Det, jeg er ekspert i, er selve teknikkerne. Jeg arbejder især med at hjæpe andre forskere, blandt andet i virksomhederne, med at udnytte røntgen eller neutroner på deres forskningsfelt.

Den teknik, vi røntgen- og neutronforskere bruger, når vi undersøger vores prøver, minder om det, tandlægen gør, når hun vil se en tand indvendigt: Skyder en røntgenstråle igennem materialet og tager et billede. Det viser detaljer, fordi noget af tanden absorberer strålen mere end andre dele.

Når vi benytter os af røntgen- og neutronstråling, har vi dog flere teknikker til rådighed end tandlægen.

Vi kan se, hvordan en stråle bliver absorberet, men også hvordan den bliver afbøjet eller spredt. De informationer kan vi sætte ind i matematiske modeller og regne ud, hvordan materialet, der spreder strålen, ser ud indvendigt.

Vi kan altså se ind i det indre af et materiale og få indblik i strukturen, det vil sige formen og størrelsen af de partikler, materialet består af, fra millimeterskala og helt ned til en nanometer, der er en milliontedel af en millimeter - og endda helt ned på atomerne.

Superpower-stråling

I en synkrotron som den, der er blevet brugt i Kina til at undersøge coronavirus, og den, der snart står færdig i Lund, er strålingen mere end en milliard gange mere intens end den, tandlægen bruger.

Det gør det muligt at undersøge ting, som vi ikke ville have mulighed for at studere, hverken på Niels Bohr Instituttet eller i andre strålingsanlæg på universiteterne.

Et atom består af en kerne og nogle elektroner. I kernen er der udover protroner også neutroner, som er partikler, der kan opføre sig som bølger. Derfor kan neutronstråler bruges på samme måde som røntgenstråler.

Der er dog situationer, hvor neutroner skiller sig ud. For eksempel er neutroner rigtig gode til at studere biologiske prøver, som består af lette grundstoffer som ilt, brint, kulstof og nitrogen, mens disse er svære at se med røntgen.

Neutronstråling kræver store forskningsfaciliteter, som vi desværre ikke har plads til i vores kælder på Niels Bohr Instituttet. Det betyder, at adgangen til neutroneksperimenter er mere begrænset end røntgen.

Derfor bruges neutronspredning fortrinsvist, når man har brug for nogle af neutrones særlige egenskaber, som evnen til at gennemtrænge selv metal, se lette grundstoffer eller undersøge magnetisme.

Et skandinavisk hotspot for røntgen- og neutronforskning

I min forskningsgruppe må vi ofte pakke vores prøver ned og rejse til Frankrig, Tyskland, Schweiz eller Storbritannien. Når det ikke er nok, tager vi til Australien eller USA for at foretage vores målinger.

Men snart kan vi nøjes med en tur over til Lund, hvor verdens kraftigste neutronkilde, European Spallation Source, ESS, er ved at blive bygget.

Den skal stå klar i 2022 og ligger lige ved siden af en af verdens mest moderne synkrotroner, MAX IV – et røntgenforskningsanlæg, som allerede er åbnet og er ved at blive taget i brug.

For nogle typer eksperimenter vil ESS være 1.000 gange kraftigere end de bedste af de neutronkilder, vi har i dag.

Selv for os som forskere kan det være svært helt at forstå, hvilke uanede muligheder dette giver os.

Den største danske investering nogensinde

ESS er et fælles europæisk projekt med Sverige og Danmark som værtslande. Det er budgetteret til at koste 14 milliarder kroner, hvoraf Danmark betaler omkring 2 milliarder.

Dermed er ESS den største danske investering i forskningsinfrastruktur, det vil sige forskningsfaciliteter, nogensinde. Svenskerne har selv finansieret synkrontronen MAX IV, men alle forskere er velkomne til at bruge den.

Danmark er ved at bygge sin egen målestation ved synkrotronen, kaldet DanMAX. Alene den ene station koster knap 100 millioner kroner, hvoraf cirka 80 millioner kommer fra Danmark.

MaxIV synkroton Lund røntgen neutron

Den danske DanMAX beamlinie er under opførelse på MaxIV og forventes at blive en af verdens bedste til materialevidenskab. Billedet viser undulatoren, som er en række af kraftige magneter, der producerer den intense røntgenstråle, som sendes videre til selve målestationen. (Foto: Foto: Filippo Guizzetti, Max IV)

I Danmark er der allerede et stærkt videnskabeligt miljø indenfor forskning med røntgen og neutroner. De nye forskningsfaciliteter giver os en mulighed for at blive blandt de førende i verden.

Og dermed også blandt dem, der har den mest indgående viden om forskellige materialers struktur.

Virksomhederne skal med

Erhvervslivet har ikke muligheder for selv at benytte røntgen- og neutronforskning i samme skala som universiteterne. Det er et problem, hvis forskningen skal blive omsat til produkter og teknologi i hverdagen.

Derfor er foreningen LINX blevet dannet. Den består af danske universiteter og virksomheder og skal kombinere forskernes nørdede viden med erhvervslivets behov for at udvikle ny medicin og nye produkter – eller at forbedre de ting, der allerede eksisterer.

LINX

LINX står for ‘Linking Industry to Neutrons and X-rays’ og er en forening af universiteter og virksomheder, overvejende danske.

Formålet er, at virksomhederne kan benytte sig af den ekspertise og de faciliteter, som universiteterne har i såvel Danmark som udlandet.

LINX er finansieret af Danmarks Innovationsfond, med yderligere sponsorater fra Dansk Industri, Region Hovedstaden og Region Midt.

Et andet formål med LINX er, at de kæmpe summer, som skatteyderne er med til at betale til forskningen, bedre bliver omsat til gavn for virksomhederne og dermed hele samfundet.

I et af projekterne er Grundfos gået ind i et samarbejde med Københavns Universitet, Aarhus Universitet og Danmarks Tekniske Universitet ud fra et ønske om at kunne genbruge plastik.

Grundfos bruger årligt hundredevis af tons af polyamid, blandt andet i sine pumper, og er meget interesserede i at genbruge materialet, da det vil mindske det miljømæssige aftryk af deres produkter.

Målet med samarbejdet er at undersøge, om røntgen eller neutroner kan bruges til at afgøre, om materialet er alvorligt nedbrudt på nano- eller mikrometerskala, eller om det er tilstrækkelig intakt til, at man kan genbruge det.   

En fantastisk fremtid at gå ind i som røntgen- og neutronforsker

Det er utroligt fascinerende at være røntgen- og neutronforsker i Danmark og nærmeste omegn lige nu.

Universiteterne er stærke, og vi arbejder på at få virksomhederne inddraget langt mere i forskningen. Især vil vi arbejde på, at de små og mellemstore virksomheder får kendskab til mulighederne.

Set fra mine laboratorier på Niels Bohr Instituttet er der så meget potentiale for udvikling og innovation i vores område, at vi helt sikkert bliver et hotspot for materialeforskning med røntgen og neutronteknikker.

Uanset om det gælder grøn omstilling, bedre fødevarer eller ny medicin, vil en ny forståelse for de mikroskopiske strukturer være helt afgørende rolle for både os nørdede forskere og for erhvervslivet.

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.