MAX IV: 528 meter lang accelerator er gigantisk røntgenapparat
I Lund er et kæmpe røntgenstråleanlæg ved at være bygget færdigt, og få hundrede meter derfra er byggeriet af verdens bedste neutron-’mikroskop’ i fuld gang. De to forskningscentre skal med sofistikeret teknologi forvandle de skånske marker til en magnet for kloge hoveder.

Midt mellem rapsmarker og bondegårde rager en 528 meter lang metallisk skinnende ring op i det skånske landskab.

Den runde bygning er et såkaldt synkrotronstråle-anlæg, hvor elektroner bliver accelereret op i svimlende hastigheder. Dermed udsender de røntgenstråling, og snart vil forskere fra hele verden komme rejsende til Lund for at udnytte røntgenstrålerne til deres eksperimenter.

»Byggeriet er næsten ved at være færdigt. Vi forventer, at vi kan begynde at sende de første røntgenstråler afsted i begyndelsen af næste år, og i sommeren næste år er vi klar til rigtigt at gå i gang,« fortæller danske Jesper Andersen, som er videnskabelig direktør for synkotronstråleanlægget MAX IV, som hører under Lund Universitet.

Når MAX IV står færdigt vil det ifølge egen beskrivelse blive »den klareste røntgenkilde i verden«, og forskerne vil kunne bruge røntgenstrålerne som en form for ’mikroskop’, der kan afsløre, hvordan bittesmå atomer, celler, elektronik og lignende ser ud og opfører sig.

Bliver 'et kraftcenter' for forskningen

Kun få hundrede meter fra Max IV er byggeriet af et andet prestigefuldt forskningscenter – European Spallatian Source (ESS) - gået i gang for få måneder siden. Hele 250 arbejdere er beskæftiget alene på byggepladsen, og syv kraner er i gang med at opføre det store forskningsanlæg.

»Vores mål er, at vi skal være verdens førende materialeforsknings-facilitet,« lyder det fra Mats Lindroos, som er nuklearfysiker og leder af accelerator-afdelingen ved ESS.

Når European Spallatian Source står klar til brug i 2023, skal det ligesom MAX IV fungere som et gigantisk ’mikroskop’. Men til forskel fra Max IV vil ESS-anlægget imidlertid få øje på verdens mindste byggesten ved hjælp af neutroner – læs mere i denne artikel.

Både politikere og forskere regner med, at de to nye forskningsanlæg vil forvandle de skånske marker til en magnet for kloge hoveder og virksomheder fra hele verden – eller som det danske forskningsministerium formulerer det, vil det blive »et internationalt kraftcenter inden for forskningsområderne materialevidenskab, biotek, medicin, pharmaci og telekommunikation.«

ESS regner med at få 400-500 fastansatte medarbejdere og 2.000-5.000 besøgende forskere hvert år, mens MAX IV regner med at kunne modtage omkring 2.000 forskere årligt, når anlægget er fuldt udbygget.

»Det er meget stærkt rent forskningsmæssigt, at der bliver mulighed for at arbejde med både neutroner og røntgenstråler i to anlæg lige ved siden af hinanden,« fortæller Mark Hagen, som er leder af ESS’s datacenter, som vil blive placeret i København.

Røntgen eller neutroner?

Men hvad er forskellen på de to gigantiske mikroskoper – og hvordan fungerer de?

Hvis vi begynder med røntgenanlægget MAX IV, så producerer anlægget elektroner - små negativt ladede partikler. 

Elektronerne bliver sendt ind i en kæmpestor ring, hvor de accelereres op til ekstremt store hastigheder. Og mens de suser rundt i ringen, bliver deres bane afbøjet, og det får dem til at udsende røntgenstråling – eller rettere synkrotronstråling.

»Almindelig røntgenstråling, som vi for eksempel kender fra røntgenapparater på hospitalerne, bliver sendt ud i alle retninger. Men i et synkrotronanlæg bliver røntgenstrålingen kun udsendt i en meget lille vinkel. Den er altså en meget mere fokuseret stråling,« forklarer Jesper Andersen, som er videnskabelig direktør for synkotronstråleanlægget MAX IV.

»Det er ikke et mikroskop, men et nanoskop«

Når røntgenstrålerne er blevet udsendt af elektronerne i den store ring, bliver strålingen sendt videre ind på det materiale, som forskerne vil undersøge – det kunne for eksempel være et lægemiddel, et metal eller en elektronisk komponent, som man ønsker at zoome ind på.

Røntgenstrålerne rammer materialeprøven og ryger derefter videre ud i en detektor, som kan give forskerne informationer om, hvordan et stof er opbygget helt ned på atom-niveau. Med andre ord tager forskerne altså et avanceret røngenbillede af, hvordan materialets bittesmå byggesten ser ud.

»Jeg ser ofte journalister skrive, at vi bliver verdens bedste mikroskop. Men jeg synes ikke om udtrykket mikroskop, for vi har en opløsning, som er meget bedre end mikrometer. Vi er helt nede på nanometer, så jeg foreslår i stedet at kalde det et ’nanoskop’,« siger Jesper Andersen.

Ny teknik revolutionerer synkrotronstråleanlæg

Der findes i forvejen en række synkrotronstråleanlæg i andre lande; Aarhus Universitet har eksempelvis det 46 meter lange synkrotronstråleanlæg ASTRID2, og der findes kæmpestore synkrotronstrålefaciliteter i blandt andet i USA og Frankrig.

Og selvom anlæggene i USA og Frankrig måske nok kan bryste sig af at være større – og dermed måske bedre – end anlægget i Lund, så mener Jesper Andersen, at MAX IV bliver det bedste og mest effektive synkrotronstråleanlæg i sin egen størrelsesklasse.

Det er blandt andet, fordi MAX IV’s maskindirektør Mikael Eriksson har fået en række nye ideer til, hvordan synkrotronstråleanlægget i Lund kan bygges mere effektivt, fortæller Jesper Andersen.

»Mikael Eriksens ideer har revolutioneret teknologien til synkrotronstråleanlæg.«

»Man bruger kort fortalt magneter til at afbøje og fokusere elektronerne. Og det er sådan, at jo flere magneter du kan klemme ind i den store ring des bedre. Mikael Eriksens teknologi betyder at vi kan klemme langt flere magneter ind, og derfor ryger kvaliteten og præcisionen af elektronstrålen op. Og det samme gælder røntgenstrålingen, som den udsender,« fortæller Jesper Andersen, mens han viser rundt i forskningsanlægget.

Anlægget er næsten færdigbygget, men teknikere er fortsat i gang med at montere de sidste lange kobberrør, som elektronerne skal suse igennem, når de næste år begynder at cirkulere rundt i den 528 meter lange ring.

Render i jorden er starten på neutronmikroskop

Få hundrede meter fra den store ring, er byggeriet af forskningsanlægget ESS stadig ved sin spæde start.

Der er gravet store, lange render i jorden, og rundviserne på byggepladsen forklarer, at det er her, protonerne (positivt ladede partikler) vil blive accelereret op i ekstremt høj fart – op til 96 procent af lysets hastighed.

For enden af den lange, lige accelerator vil protonerne blive slynget ind i et afkølet metal – wolfram. Når protonerne rammer metallet med den høje fart, bliver der slået neutroner løs fra metallet (neutroner er partikler, som sidder i kernen af et atom, og som er kendetegnet ved ikke at have nogen ladning).

I ESS-anlægget er det netop neutronerne, der skal bruges til at kigge ind i materialer og ’tage et billede af’, hvordan de er opbygget – på samme måde som røntgenstrålerne gør det i MAX IV-anlægget.

»Neutronerne har en evne til oftest at gå igennem materialer, og det kan man udnytte til at få informationer om materialets opbygning. På bagsiden af materialet opstiller man detektorer – ofte flere hundrede detektorer. De måler for eksempel, hvor svækket signalet fra neutronerne er blevet af at gå igennem materialet, og hvordan neutronerne er blevet spredt,« har professor Henning Friis Poulsen fra Institut for Fysik på Danmarks Tekniske Universitet (DTU) tidligere fortalt til Videnskab.dk

Hvad er forskellen?

Ud fra oplysninger fra detektorerne kan forskerne altså analysere sig frem til en masse detaljer om det materiale, de undersøger.

Men hvad er så forskellen på at bruge røntgenstråler og neutroner til at undersøge materialer?

Accelerator-fysiker Mats Lindroos fra ESS forklarer, at de to metoder ikke er lige gode til at zoome ind på de samme materialer.

For nogle materialer vil MAX IV-anlægget udgøre det bedste 'mikroskop', mens det vil give mere mening at bruge ESS' neutroner til at zoome ind på andre materialer.

»Det er svært at bruge røntgenstråler til at se på lette grundstoffer såsom brint. Her er det bedst at bruge neutroner. Og omvendt når man skal på tungere grundstoffer. På den måde supplerer de to metoder hinanden rigtig godt,« fortæller Mats Lindroos.

Forskellen på de to metoder kan også forklares ved at forestille sig, at man gerne vil undersøge en motor nærmere.

»Hvis man tager et røntgenbillede af motorblokken, ser man alt stålet, mens neutronerne derimod trænger igennem motorblokken og giver et billede af dieselen eller de vanddampe, som måtte være derinde. Neutronerne er rigtig gode til at vise de bløde og biologiske materialer,« lyder forklaringen fra professor Henning Friis Poulsen fra DTU.

European Spallation Source (ESS)

ESS er et såkaldt neutronspredningsanlæg, som bruger neutroner til at undersøge materialer.

ESS anslås at koste cirka 1,9 milliard euro - næsten 14 milliarder kroner - at anlægge.

Danmark betaler 12,5 procent af udgifterne til ESS svarende til knap to milliarder kroner. Pengene kommer fra en »statslig bevilling som er tilvejebragt via de årlige finanslove,« oplyser Uddannelses- og forskningsministeriet.

Sverige betaler 35 procent af anlæggelsen af ESS, mens resten betales af de øvrige 15 europæiske partnerlande, der også indgår i projektet

ESS får et årligt driftsbudget på omkring 1 milliard kroner, 400-500 fastansatte og 2000-5000 besøgende forskere årligt.

Den eksperimentielle del af ESS skal ligge i Lund i Sverige. I København oprettes også et ESS-center, som kaldes 'Data Management and Software Center, DMSC'.

ESS-centret i København får 65 ansatte, der skal bistå forskerne med at analysere og fortolke data fra de eksperimenter, der gennemføres på ESS-faciliteten i Lund.

Kilde: Uddannelses- og forskningsministeriet

Synkrotronstråleanlægget MAX IV

MAX IV er et synkrotronstråleanlæg, som bruger røntgenstråling fra elektroner til at undersøge materialer.

Den er en forbedret og udbygget version af de tidligere synkrotronstråleanlæg Max I, Max II og MAX III.

MAX IV finansieres af det svenske Vetenskapsrådet, Lunds universitet, Vinnova, Region Skåne, Knut och Alice Wallenbergs stiftelse samt bidrag fra yderligere 11 svenske universiteter.

MAX IV består af to store ringe, hvor elektroner bliver accelereret: Den lille ring har en elektron-energi på 1500 Mega-elektronvolt (MeV) og en omkreds på 96 meters. Den store ring har en elektronenergi på 3000 MeV og en omkreds på 528 meter.

Strålingen fra elektronerne vil efter planen blive ført ud gennem forskellige rør – såkaldte ’beamlines’ – som hver især er specialiserede i at undersøge forskellige egenskaber af materialer.

I alt regnes med 25 beamlines ved MAX IV. Danmark finansierer og bygger én beamline, som får navnet ’DanMAX’.

DanMAX skal blandt andet skal bruges til mikroskopi og til at undersøge strukturen på energi-relaterede materialer. Den betales blandet andet af Aarhus Universitet, Danmarks Tekniske Universitet, forskningsministeriet, Region Hovedstaden og Midtjylland.

Kilder: MAX IV, Jesper Andersen

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcasts herunder. Du kan også findes os i din podcast-app under navnet 'Videnskab.dk Podcast'.

Videnskabsbilleder

Se de flotteste forskningsfotos på vores Instagram-profil, og læs om det betagende billede af nordlys taget over Limfjorden her.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med omkring en million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk