Vi skal forestille os et mikroskop, der ikke bare kan se overfladen af et materiale, men kan undersøge, hvad der foregår inde i det – atom for atom, og mens materialet er i brug. Det er noget af det, European Spallation Source, ESS, skal kunne.
ESS er et stort europæisk forskningsanlæg under opførelse i Lund i Sverige. Når det står færdigt, bliver det verdens mest kraftfulde acceleratorbaserede neutronkilde. Danmark og Sverige er værtslande, og ESS’ Data Management and Scientific Computing Centre ligger i København. 13 europæiske lande står sammen om anlægget.
For nyligt gav Øresundsbron ØICC mulighed for at invitere vores medlemmer på en guidet tur i ESS, og det var bogstaveligt talt ufatteligt at høre, hvad ESS vil kunne om godt et år.
En gigantisk maskine til at forstå det helt små
ESS bruger en kraftig lineær accelerator til at sende protoner af sted med omkring 96 procent af lysets hastighed. Protonerne rammer et tungmetal, wolfram, og i processen frigives neutroner. Det kaldes spallation. Neutronerne sendes derefter ud til en række avancerede instrumenter, hvor forskere kan undersøge materialer helt ned på atomart niveau.
Det interessante ved neutroner er blandt andet, at de kan trænge langt ind i mange materialer – især metaller – og derfor kan forskere undersøge, hvad der foregår inde i et materiale uden at ødelægge det. Neutroner er også gode til at finde og følge hydrogen, som spiller en central rolle i blandt andet vand, biologiske materialer og energiteknologier.
Man kan derfor tænke på ESS som et slags supermikroskop for materialer.
Hvad kan ESS bruges til?
Mulighederne spænder vidt, og forskere fra både universiteter og virksomheder kan bruge anlægget. Her er nogle oplagte muligheder:
Bedre energiteknologi: Forskere kan undersøge materialer i eksempelvis brændselsceller og andre energisystemer for at forstå, hvorfor de fungerer – og hvorfor de med tiden bliver dårligere. Det kan hjælpe med at udvikle mere holdbare og effektive energiteknologier.
Nye materialer og stærkere konstruktioner: Neutroner kan bruges til at undersøge spændinger, strukturer og ændringer inde i metaller og andre materialer. Det kan bidrage til udviklingen af lettere, stærkere og mere holdbare materialer.
Medicin og life science: ESS åbner nye muligheder for at studere biologiske molekyler, proteiner og andre bløde materialer. Eksempelvis kan neutronteknikker bruges til at undersøge, hvordan molekyler bevæger sig, organiserer sig og interagerer – viden, der kan være relevant for blandt andet lægemidler.
Fødevarer og andre hverdagsprodukter: Mange produkter består af komplekse blandinger af polymerer, overflader, væsker og andre bløde materialer. ESS kan hjælpe forskere med at forstå deres struktur og dynamik på nano- og mikrometerskala. Det er relevant for blandt andet fødevareteknologi, kosmetik, personlig pleje og farmaceutiske produkter.
Kulturarv: Neutroner kan også bruges til ikke-destruktive undersøgelser af historiske genstande. Man kan eksempelvis undersøge strukturen og sammensætningen af et gammelt objekt uden at skære det i stykker for at se, hvad der gemmer sig indeni.
ESS er tænkt som en åben forskningsinfrastruktur for forskere fra universiteter, forskningsinstitutioner og industrien. Når anlægget er fuldt etableret, forventes omkring 2.000-3.000 gæsteforskere årligt at komme til ESS for at gennemføre eksperimenter. I praksis kan en forsker, der arbejder med batterier, en kemiker, der undersøger nye materialer, en biolog, der studerer proteiner, eller en ingeniør, der vil forstå, hvorfor et materiale svigter, have brug for den samme grundlæggende teknologi: neutroner.
En idé, der tog årtier at realisere
Historien om ESS begyndte længe før det første spadestik. Neutronforskningen tog fart efter Anden Verdenskrig, hvor forskere fandt ud af, at neutroner kunne bruges til at undersøge stoffers struktur. Senere blev neutronkilder baseret på spallation udviklet, blandt andet ved ISIS i Storbritannien. Succesen her var med til at vise, at en langt kraftigere europæisk spallationskilde kunne være teknisk mulig.
I slutningen af 1990erne besluttede en gruppe skandinaviske forskere sig for at arbejde fokuseret hen imod at få denne meget kraftige spallationskilde til at ligge i Skandinavien. I 2009 kom det afgørende gennembrud: De europæiske forskningsministre besluttede, at ESS skulle bygges i Lund, mens data- og beregningscentret skulle placeres i Danmark.
Byggeriet begyndte i 2014. I dag er ESS langt mere end en idé på en tegning: accelerator, target station, eksperimenthaller og instrumenter er ved at blive gjort klar til den videnskab, som skal komme. Til januar opstartes anlægget langsomt, og i 2028 vil forskere kunne benytte sig af faciliteterne til at skabe banebrydende visen.
En verden af muligheder helt tæt på Ørestad
Det mest interessante ved ESS er måske ikke én bestemt opdagelse, man allerede kan forestille sig. Det er muligheden for at stille helt nye spørgsmål. Vi ved endnu ikke præcis, hvilke opdagelser der bliver mulige, når vi kan se stoffets inderste med en helt ny skarphed.
Når forskere får adgang til neutronstråler med hidtil uset intensitet og avancerede instrumenter, kan de undersøge mindre prøver, svagere signaler og processer hurtigere end tidligere. ESS er netop designet til eksperimenter, som ikke kan gennemføres på samme måde ved eksisterende neutronfaciliteter. Det er Europas forsøg på at give forskere et nyt blik på den verden, vi er bygget af – fra batterier og brændselsceller til proteiner, lægemidler, metaller og kulturarv. Og tænk: det ligger ganske tæt på Ørestad!
Stor tak til European Spallation Source for at tage imod os!
Hvis denne artikel har skabt interesse for, at jeres organisation kan udføre fremtidig forskning på ESS, så ræk endelig ud til dem.
