Supermikroskop skal give os nøglen til flyvende tog og vidundermedicin

Flyvende tog, supermedicin, kæmpevindmøller med enorm kapacitet.

Det kan på langt sigt blive nogle af resultaterne af et skandinavisk forsknings - og industrieventyr i form af et neutronbaseret supermikroskop, bedre kendt som ESS.

ESS står for Europæisk Spallation Kilde, og konkret er der tale om et mikroskop, der ved hjælp af neutroner kan kortlægge, hvordan materialer og væv er opbygget og bevæger sig, helt ned på atom-niveau.

Ved at skyde neutroner ind på en prøve og så aflæse, hvordan neutronerne opfører sig, vil forskerne få information om prøvens fin-struktur af hidtil uset kvalitet.

For 11 milliarder blandede muligheder

11 milliarder kroner er prisen for supermikroskopet. Der er altså tale om en investering i den helt tunge vægtklasse, og ambitionerne er nogenlunde lige så store.

Det var tydeligt, da politikere, forskere og industri var samlet til seminar for at høre mere om de muligheder, ESS bringer med sig.

»Mulighederne med ESS er enorme. Inden for materialeforskning kan det blandt andet hjælpe med at finde bedre og lettere konstruktionsmaterialer til biler og fly og inden for medicinalbranchen kan det hjælpe med at løse gåder som proteiners måde at folde på.«

Sådan fortæller Kim Lefmann, der er lektor ved Niels Bohr Instituttet ved Københavns Universitet, og en del af ekspertgruppen bag ESS-projektet.

Kan give svar på videnskabens store spørgsmål

ESS lyder næsten som en slags mirakel. Og ifølge Kim Lefmann er det da også gennem mikroskopet, at svarene på nogle af vores største spørgsmål skal søges.

»ESS har for eksempel potentiale til at hjælpe med at forklare, hvordan de mirakuløse, men svært udnyttelige superleder-materialer fungerer. Og de forskere, der først kan forklare det, får uden tvivl Nobelprisen,« siger han.

Superledere forklaret

Superledere er materialer, der ved lave temperaturer kan lede strøm uden modstand. Forskerne aner endnu ikke, hvorfor eller hvordan. Ved at se på materialerne gennem neutronmikroskopet kan forskerne se, hvordan materialerne opfører sig helt ned på atomplan.

Og kan man derigennem finde den superleder, der fungerer ved stuetemperatur frem for ved mange minusgrader, kan det ifølge Kim Lefmann revolutionere verden. Blandt andet ved forbedret udnyttelse af energi og ved at skabe mulighed for at oplagre energi, uden at den går til spilde i processen.

Han fortæller om fremtidsperspektiverne: Kan vi udnytte superledere, kan vi minimere vores strømforbrug: I dag skal der 12 gange så meget strøm til at lave lys, som pæren faktisk bruger. Det skyldes spild af energi. Med superledere kan det spild undgås.

Alle transformatorstationer kan skrottes og strøm fra hele verden kan sendes direkte ud i ledningerne. Svævende højhastighedstog kan også blive et resultat af superledere. Superledende materialer og magnetisme afstøder hinanden, så ved at grave superlederkabler ned og sætte magneter under togenes bund, kan man få tunge tog til at svæve.

Fremtidens medicin under neutron-lup

Også medicinalindustrien kan få stor glæde af supermikroskopet. Det baner vejen for fremtidens medicin, mener en ekspert.

»Fremtiden i medicinalindustrien er i høj grad baseret på proteiner. Det er gennem dem, at fremtidens medicin skal virke. Men vi forstår ikke proteinerne i tilstrækkelig grad, som det er nu,« siger Lise Arleth, der er lektor i biofysik ved det Biovidenskabelige Fakultet på Københavns Universitet.

Hun er en af oplægsholderne på seminaret, en af initiativtagerne til ESS og en del af samme ekspertgruppe som Kim Lefmann.

»Jeg arbejder for eksempel med membranproteiner. De er vigtige, fordi mere end halvdelen af al medicin virker ved at gå i lag med dem. Men vi forstår kun meget lidt om, hvordan medicinen virker på molekylært niveau, og det er for svært at finde ud af, hvad der skyldes membranproteinerne, og hvad der skyldes cellemembranen. Men alt det får vi langt bedre mulighed for med ESS,« siger Lise Arleth.

»Populært sagt kan man se et membranprotein som en slags nøglehul som vi ikke kender nøglen til. ESS kan hjælpe med at give medicinalindustrien et præcist billede af det indre af nøglehullet - hvorefter man meget nemmere kan lave nøglen - dvs. den medicin der virker på membranproteinet,« forklarer hun.

Ikke kun et forsker-paradis

Adskillige virksomheder kan også drage nytte af mikroskopet, og at involvere industrien for at skabe en vekselvirkning mellem deres ressourcer og anlæggets faciliteter er også en indbygget del af planen med ESS-projektet.

Flere industri-virksomheder er da også mødt frem til seminaret i København for at lære mere om ESS. På navneskiltene står blandt andet Lundbeck, Topsil Semiconductor Materials, Novo Nordisk, DANFYSIK A/S, FLSchmidt, Carlsberg Laboratory og IBM.

Neutron-stråling giver bedre produkt

Topsil Semiconductor Materials er en af de virksomheder, der satser på at bruge ESS. Topsil producerer silicium, som de sælger videre til andre virksomheder, der blandt andet bruger det til at producere transistorer og dioder til elbilers motorer.

»Vi kan i fremtiden bruge ESS til at bestråle vores silicium med neutroner, så det får en bestemt modstand og bliver mere ensartet. Det er vigtigt, for at vores kunder kan lave gode produkter med den silicium, vi sælger dem,« fortæller Sune Bro Duun, der er projektmanager i udviklingsafdelingen hos Topsil.

Neutronerne fra ESS-mikroskopet kan nemlig andet end bare at kigge ind i stof. Neutronbestrålingen i sig selv kan også modificere materialer, blandt andet silicium.

Bedre katalysatorer og potentielt renere benzin

Alfons Molenbroek er chef for Department for Physical Analytical hos virksomheden Haldor Topsøe. Han er mødt op til seminaret om ESS, fordi neutroner kan blive en effektiv måde at forbedre virksomhedens produkt, katalysatorer.

»Om ti år kan vi muligvis bruge ESS til at kigge på de kemiske reaktioner, der foregår inde i vores katalysatorer. Ved at forstå den kemiske reaktion helt nede på det atomare plan kan vi gøre vores katalysatorer mere aktive og mere selektive,« fortæller Alfons Molenbroek.

Mere selektive katalysatorer vil blandt andet kunne gøre gavn på brændstofområdet. Man bruger nemlig katalysatorer til at fjerne for eksempel svovl fra råolie, før det forvandles til benzin, og her bliver det i stigende grad vigtigt, at man har kontrol med resultatet.

»Ved at lave katalysatorerne til benzin endnu bedre, kan vi komme ned i forureningsniveau - og det kan den øgede forståelse, neutronmikroskopet kan give os, formentlig medvirke til,« siger Alfons Molenbroek.

Øresundsregionen bliver forskercentrum

Øresundsregionen får med ESS en førerposition i forhold til at lokke de bedste forskere til.

»Det bliver en slags tsunami, der vil skylle ind over regionen, med masser af forskerarbejdspladser og kæmpe fokus. ESS bliver forhåbentlig en slags CERN indenfor sit felt, og forskerne vil rejse hertil fra hele verden, fordi vi har den bedste facilitet,« siger Lise Arleth.

ESS bedre end forgængere

Neutronmikroskoper findes nemlig allerede rundt omkring i verden, blandt andet i Storbritannien og Sydfrankrig, men ifølge Kim Lefmann bliver ESS bedre.

»ESS bliver blandt andet bedre, fordi det forhåbentlig bliver i stand til at skabe neutroner langt mere effektivt end de eksisterende anlæg,« fortæller han.

Softwaren til dataanalyse skal også være bedre end den i udlandet. Og det er Danmark ansvarlig for. Det såkaldte ESS Data Management Center kommer til at ligge i København.

»Nøglen til at få noget ud af mikroskopet er at kunne aflæse dataene i form af avancerede kurver og grafer. Man kan sige, at anlæggets krop kommer til at ligge i Sverige, men dets hjerne i Danmark,« forklarer Kim Lefmann.

Røntgen og neutroner supplerer hinanden

Et avanceret røntgenanlæg, en såkaldt synkrotron, skyder også op ved siden af ESS. Det skyldes, at neutronerne og røntgenstrålingen supplerer hinanden på vigtige områder.

»Neutroner og røntgen kan stort set det samme, men de er gode til forskellige ting. Neutronerne kan for eksempel se på magnetisme og hvordan atomer bevæger sig - det kan røntgen egentlig også, men det er ofte sværere på den måde,« forklarer Kim Lefmann.

Røntgenfacilitet nødvendig for biologiske prøver

Typisk vil forskere og industrifolk skulle bruge både røntgen, neutronmikroskopi og andre målinger til de enkelte prøver, og så er det praktisk og i nogle tilfælde helt nødvendigt, at faciliteterne ligger ved siden af hinanden.

»Forskernes prøver, for eksempel biologiske prøver, kan ikke altid holde til de lange rejser, hvis de skal rejse fra neutronanlægget og til et røntgenanlæg. De fleste prøver har stærkt begrænset holdbarhed, kan ikke holde til at blive frosset ned og kan heller ikke tåle de rystelser, en rejse giver,« fortæller Lise Arleth.

Vil være high-tech centrum

Røntgenanlægget på nabogrunden styrker ESS-projektet yderligere. Det viser et eksempel fra Frankrig.

»I Grenoble i Sydfrankrig har de set en enorm udvikling af relaterede virksomheder i området på grund af deres neutron/røntgen-anlæg. Det er blevet et high-tech centrum, og det er også vores ambition med ESS,« siger Kim Lefmann.

Et eventyr

Først i 2019 forventes ESS at producere den første neutron. Alligevel er der enorm entusiasme omkring produktet. Både hos de fremmødte forskere, industrirepræsentanter og hos den danske videnskabsminister Charlotte Sahl Madsen, der deltog i mødet. Ifølge hende er der tale om intet mindre end et eventyr, og mere til.

»Der er muligvis tale om det største industrieventyr i Danmarkshistorien,« afslutter hun sin åbningstale.