Dansk-svensk supermikroskop ser atomer bevæge sig

Forestil dig et gigantisk supermikroskop, der kan gennemskue alting. Det kan se præcis, hvordan væv og materialer er opbygget og filme, hvordan de opfører sig helt ned til det enkelte atoms placering og bevægelse.

Sådan et avanceret og højteknologisk mikroskop har EU nu besluttet at bygge i Lund i Sydsverige. Den såkaldte European Spallation Source, der bliver den største af sin slags i hele verden, skal gå på opdagelse i den skjulte miniatureverden ved at tæppebombe sine studieobjekter med neutroner.

Sverige bliver værtsland

I lang tid har EU diskuteret, hvor man rent fysisk skulle lægge dette forskningsanlæg. Både Ungarn, Spanien og Sverige har budt sig til som værtsland, men ved et møde med deltagelse af EU's forskningsministre i slutningen af maj fik Sverige en så klar førerposition, at Spanien efterfølgende trak sit kandidatur.

Derfor ligger det nu helt fast, at det bliver Sverige, der skal være vært. Beslutningen er en milepæl i projektet, og nu ser man frem til det første spadestik.

Byggearbejdet bliver enormt og med en anlægspris på 11 milliarder kroner er mikroskopet en gigantisk investering i fremtiden i samme størrelsesorden som Øresundsbroen. Danmark er medvært for mikroskopet med et bidrag på 12 procent af omkostningerne. Samlet vil Sverige, Danmark og Norge betale mere end 50 procent af omkostningerne. Resten skal hentes fra andre europæiske lande.

»ESS bliver uden tvivl noget, som hele Øresundsregionen vil få enormt stor glæde af. Overslag viser, at flere tusinde forskere vil bruge anlægget hvert år. Mikroskopet vil tiltrække førende forskere inden for et hav af videnskabelige discipliner som eksempelvis materialefysik, biologi, medicin, geologi og kemi. Og der vil virkelig været noget at komme efter, for neutronmikroskopet vil kunne afsløre fænomener og strukturer, der er usynlige for ethvert andet instrument,« siger forskningsspecialist Niels Hessel Andersen, der leder Risø DTU's aktiviteter på området.

Store perspektiver findes f.eks. inden for udviklingen af nye lægemidler, hvor målrettet medicin søger hen mod de syge dele af kroppen. Håbet er, at mikroskopet vil kunne hjælpe med at udvikle de små partikler i form af fedtstoffer, såkaldte lipider, der kan kapsle medicinen effektivt ind og føre medicinen det helt rigtige sted hen, før den slippes fri.

Skelner mellem brint og deuterium En unik feature ved neutronmikroskopet er, at det vil kunne filtrere ligegyldige informationer fra så det kun fremviser de individuelle cellelag, molekyler og atomer, som farmaceuterne gerne vil se.

Neutronerne skelner nemlig mellem let og tung brint, kaldet deuterium. Biologisk væv vil typisk være fyldt med brintatomer, men ved at sprøjte tung brint ind i prøven i lag, kan man skjule de dele, som man ikke har behov for at se og fremhæve andre. På den måde kan man styre, hvilke områder af prøven, der skal være synlige.

Men neutronkilden vil også kunne bruges til at behandle patienter, der er ramt af kræft. Ny forskning viser nemlig, at man kan sprøjte et præparat ind i patienten, der automatisk søger hen til kræftknuden og binder sig til de syge celler. Bestråler man herefter vævet med neutroner fra anlægget, vil strålingen kun ødelægge kræftknuden, men skåne det raske væv.

Superledere ved stuetemperatur

Inden for materialeforskning har ESS også meget at byde på, og et af de fysiske fænomener, som neutronmikroskopet helt sikkert vil komme til at fordybe sig i er magnetisme, og i særdeleshed hvordan det påvirker funktionen af avancerede superleder-materialer.

Superledere er materialer, som elektrisk strøm kan bevæge sig frit igennem uden tab af energi, og har derfor et enormt potentiale indne for energisektoren.

Normalt er superledere og magnetisme to konkurrerende tilstande, der udelukker hinanden. Alligevel har det vist sig, at man kan få dem til at arbejde sammen ved minus 108 grader, og man aner ikke hvorfor. »Hvis man kunne forstå sammenhængen, kan man måske få superledere til at fungere ved stuetemperatur, hvilket ville føre til enorme energibesparelser og helt ny teknologi til gavn for samfundet,« siger Niels Hessel Andersen.

Filmer materialer indefra

Neutronmikroskopets store styrker er, at det ikke bare giver stillbilleder, som eksempelvis røntgenstråling gør, men gør det muligt for forskerne at se, hvordan atomerne i en prøve bevæger sig. Det åbner op for nogle helt nye muligheder.

Ud fra atomernes bevægelsesmønstre vil man blandt andet kunne finde ud af, hvad bindingsenergien er mellem atomerne og også forstå, hvor store de magnetiske kræfter er mellem dem.

Den viden vil give fysikerne et enestående indblik i, hvordan materialer opfører sig og reagerer på forskellige temperaturpåvirkninger og belastninger.

»Simple eksempler er at forstå de kræfter mellem atomerne, der bestemmer, hvornår de smelter og ikke længere er magnetiske. Den viden er afgørende, når man skal pejle sig ind på hvilke materialer, man skal bruge til et givet formål,« forklarer han.

Smalltalk med atomer

Neutronmikroskopet er den fagre nye verden, men regner man med, at det giver nogle fantastisk smukke billeder, kan man godt tro om igen. Tværtimod præsenteres resultatet i form af nogle abstrakte diagrammer og kurver, der på kompliceret vis beskriver materialets struktur.

En af udfordringerne ved det kommende anlæg er, at få opsamlet og analyseret alle disse mange data.

»ESS vil generere data i størrelsesordenen af flere terrabyte per døgn. Så det er umuligt for forskerne at kigge på hvert enkelt datapunkt - de bliver nødt til at have hjælp fra nogle automatiserede og superavancerede systemer,« siger Niels Hessel Andersen.

Som en vigtig medvært i ESS er Danmark udvalgt til at løse den komplicerede problemstilling omkring dataopsamling, modellering og visualisering. Snart vil strukturen af dette datacenter blive afklaret, men det er sikkert, at det kommer til at ligge i Hovedstadsområdet.

»Datacentret skal laves som et samarbejde mellem centrale universiteter, og der er Københavns Universitet og Danmarks Tekniske Universitet oplagte kandidater. De væsentligste kompetencer ligger her,« slutter Niels Hessel Andersen.