Norden f?r n? tidenes kraftigste n?ytronkanon. Kanonen skal gj?re det mulig ? avfotografere molekylstrukturene i materialer og proteiner tretti ganger bedre enn hva som er mulig i dag. Forbedringen blir som ? belyse gjenstander med blitzlys fremfor stearinlys. Den gj?r det mulig ? avbilde selv de minste atomene i et molekyl.
N?rt Norge
Den nye n?ytronkanonen, som blir historiens mest avanserte, nordiske forskningsanlegg, skal brukes i en rekke viktige eksperimenter innenfor nano- og materialteknologi, fysikk, medisin, farmasi, biovitenskap og arkeologi. Den har f?tt det klingende navnet European Spallation Source (ESS). Anlegget skal bygges i Lund i Sverige. Prislapp: Femten milliarder kroner. Det er like mye som tre operabygg. 17 europeiske land er med p? dugnaden. Norge bidrar med 375 millioner kroner. Det f?rste spadetaket er tatt. Kanonen er klar til bruk om ni ?r.
Europa har i dag mer enn 5000 vitenskapsmenn som bruker n?ytroner i forskningen sin.
– ESS vil ha stor betydning for europeisk forskning og ?pner muligheter for ? utvikle helt nye materialer. Den geografiske n?rheten gir forskerne v?re s?rlig gode muligheter, p?peker viserektor Knut F?gri ved Universitetet i Oslo.
Enorm dugnad
Akkurat som tusenvis av fysikere har 澳门葡京手机版app下载et om ? f? bygget det krevende partikkelkollisjonsanlegget i CERN, der forskere skulle finne universets minste partikler og forklaringen p? hva som skjedde rett etter Big Bang, g?r fysikere i mange land denne gang sammen om ? bygge n?ytronkanonen i Lund. Hvert land skal bygge sin del. 1300 forskere er involvert.
– Det blir ingen hyllevare. Maskinene er basert p? superledende teknologi som er forsket frem de siste tjue ?rene. Det er nettopp denne forskningen ESS nyter godt av n?. Alt m? designes, testes og forskes frem. Vi t?yer grensene for hva som er mulig, forteller ekspert p? partikkelakseleratorer, f?rsteamanuensis Erik Adli p? Fysisk institutt.
Skyter protoner
Kort fortalt skal anlegget skyte n?ytroner i en enorm hastighet inn gjennom de materialene som skal unders?kes. M?ten n?ytronene skifter retning p?, kan brukes til ? beregne hvordan strukturen ser ut inne i materialet.
Dette er lettere sagt enn gjort.
Det hele starter med ? skyte protoner, som er de ladde partiklene i atomkjernen, og akselerere dem opp i en enorm hastighet i en seks hundre meter lang partikkelakselerator.
Bare akseleratoren i seg selv skal settes sammen av mer enn tusen spesiallagde komponenter.
Akselereringen skjer ved ? sende protonene gjennom sv?rt sterke elektriske felt med en spenning p? hele to milliarder volt. Spenningen er ni millioner ganger h?yere enn i str?mkontakten din.
– For ? kunne skj?nne hvor kraftig akseleratoren er, kan vi sammenligne det med ? slenge inn biler p? ett tonn i 100 kilometer i timen fjorten ganger i sekundet, 24 timer i d?gnet ?ret rundt, forteller Erik Adli.
Knuser atomer
N?r protonene har kommet opp i h?y hastighet, skal de kollidere med og sl? l?s n?ytroner fra et n?ytronrikt metall, best?ende av grunnstoffet wolfram.
Selv om anlegget skal g? d?gnet rundt, har den b?reposestore klumpen med wolfram nok n?ytroner til et helt ?rs forbruk.
For hvert proton som sendes inn i wolframklumpen, skal det sl?s l?s 20 n?ytroner. Det kan derfor kj?res 20 parallelle eksperimenter samtidig. Oppl?sningen vil bli overveldende god.
– Det vil bli mulig ? se detaljer s? sm? som en hundremilliontedels millimeter, som er bredden p? atomene i et molekyl.
Samtidig vil systemet gj?re det mulig ? se hvordan et materiale molekyl?rt endrer seg i en kjemisk reaksjon. Her er det snakk om en tidsoppl?sning p? en milliontedels sekund.
– Vi kan da se hvordan molekylene reagerer med hverandre.
澳门葡京手机版app下载sgruppen til Erik Adli jobber med ? designe hvordan protonst?len skal akselereres frem til wolfram-klumpen. Dette skjer i 澳门葡京手机版app下载 med fysikere i mange land.
En av de store utfordringene er ? bygge opp en s? kraftig protonstr?le uten ? ?delegge alt p? veien. Hvis str?len g?r feil vei, kan skadene lamme anlegget i flere m?neder.
– Akseleratoren m? derfor v?re like robust som en kjernereaktor, poengterer Erik Adli.
Reagerer p? medisiner
N?ytronkanonen kan brukes til ? f? en dypere forst?else av hvordan cellene v?re reagerer p? legemidler.
– Med ESS kan vi gj?re mange nye typer m?linger p? biologiske molekyler og studere de kjemiske reaksjonene i mikrosekunder. Det er ikke mulig i dag. Vi kan ogs? designe nanopartikler til medisinsk bruk, forteller postdoktor Reidar Lund p? Kjemisk institutt.
Forsker Preben Morth, som er leder for forskergruppen Membrane transportsystemer p? Norsk senter for molekyl?rmedisin, har tatt et dypdykk i hvordan proteiner pumper ioner, som alts? er ladde atomer, gjennom celleveggene for ? opprettholde likevekten av salter i cellene.
– ESS ?pner muligheten for en mer dyptg?ende forskning i strukturell biologi, forteller Morth og trekker frem muligheten til ? teste ut hvordan medisiner reagerer p? molekylniv? i cellene.
– Tabletter inneholder molekyler som kommer fra den kjemiske industrien. Det er viktig ? teste hvordan de kunstige molekylene reagerer i kroppen, slik som hvordan de reagerer med proteiner i cellene og p?virker dynamikken i cellemembranene. Vi vil gjerne forst? dette n?yaktig, poengterer Preben Morth.
Avsl?rer proteiner
Professor K. Kristoffer Andersson p? Institutt for biovitenskap sier n?ytronkanonen kan gi ny informasjon om strukturen og funksjonen til proteiner.
– ESS gj?r det mulig ? se sm?, viktige detaljer i proteiner, som er meget vanskelige ? f? ?ye p? med vanlig r?ntgen. Ett eksempel er hydrogenbindingene med andre atomer. 澳门葡京手机版app下载sanlegget kan derfor gi oss ny informasjon som kan bli viktig for ? utvikle nye legemidler, sier Andersson.
Professor Ute Krengel p? Kjemisk institutt forsker p? proteiner i levende celler og er n? i gang med ? finne ny medisin mot tuberkulose.
Noen ganger drar hun til ?den europeiske synkrotronen ?, en kraftig r?ntgenmaskin, i Grenoble for ? unders?ke proteiner. Synkrotronen har en sv?r str?lekilde med en omkrets p? nesten en kilometer. Uheldigvis p?virker r?ntgenstr?ler ?mfintlige, biologiske pr?ver.
– Derimot er det nesten ingen str?leskader p? materialet n?r man bombarderer det med n?ytroner, fremhever Ute Krengel.
Helt nye materialer
Materialforskerne vil ogs? ha stor glede av n?ytronkanonen.
– N?ytroner er sv?rt egnet for ? trenge inn og avdekke spenninger og sprekker i forskjellige typer metaller og materialer uten ? ?delegge dem. Med ESS kan vi for f?rste gang observere hydrogenatomer i faste materialer. Det er viktig for ? kunne forske p? materialer til hydrogenlagring, brenselceller, batterier og solceller, poengterer Bj?rn Hauback, som b?de er professor p? Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo og forskningsleder p? avdeling for fysikk ved Institutt for energiteknikk p? Kjeller.
Professor Helmer Fjellv?g p? Kjemisk institutt er trolig den forskeren ved UiO som har mest erfaring med n?ytronanalyser de siste tretti ?rene.
– ESS kan bli viktig for norsk materialforskning og vil v?re et sv?rt viktig supplement til r?ntgenbaserte studier n?r man skal studere kontraster mellom nabogrunnstoffer i det periodiske systemet og bindinger mellom lette og tunge grunnstoffer, p?peker Helmer Fjellv?g.
Atomkraftverk
ESS kan ogs? brukes til ? studere nye egenskaper i den neste generasjonen kjernekraftreaktorer.
Her skal det brukes n?ytroner med st?rre bevegelsesenergi enn i dagens reaktorer.
– Ved ? bruke h?yere bevegelsesenergi p? n?ytroner, kan vi benytte andre typer isotoper som brensel enn i dag. Ett eksempel er Thorium. Vi kan ogs? bedre bruken av fossilt materiale. Det betyr at vi kan bruke mer atomavfall til energi og dermed kvitte oss med mer av det gamle avfallet, sier stipendiat Sunniva Rose i gruppen Kjerne- og energifysikk p? Fysisk institutt.
N?ringslivet
Takket v?re forskningsreaktoren Jeep II p? Kjeller, mener Bj?rn Hauback at norske forskere vil kunne f? et betydelig konkurransefortrinn.
– Reaktoren p? Kjeller vil v?re viktig for oppl?ring og testing i forkant av eksperimentene p? ESS, poengterer Hauback.
Professor Sunniva Siem, leder av gruppen Kjerne-og energifysikk p? Fysisk institutt, har invitert det norske n?ringslivet til ? bidra gjennom Cluster for accelerator technology (CATE).
Poenget er ? ?ke kompetansen til bedriftene innen akseleratorteknologi, slik at nordiske firmaer kan levere en del av utstyret til ESS.
– Bedrifter i Skagerak-regionen skal 澳门葡京手机版app下载e om ? levere deler til akseleratoren. N?r ESS kommer p? anbud, skal de ha den teknologiske kompetansen til ? levere, forteller Sunniva Siems 澳门葡京手机版app下载spartner, postdoktor Gry Tveten.
Forel?pig har danske og svenske bedrifter vist langt st?rre interesse enn det norske n?ringslivet.
Ett av mange verkt?y
澳门葡京手机版app下载sdekan Svein St?len p? det Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet p?peker at ESS helt klart vil sprenge vitenskapelige barrierer.
– ESS er et fantastisk anlegg. N?ytroner kan brukes til ? avsl?re struktur og dynamikk i molekyler og faste stoffer. Men det er ikke slik at dette anlegget n?dvendigvis direkte og alene gir nye materialer og medisiner, selv om det er det politikerne ?nsker ? h?re. Men jeg er overbevist om at anlegget, i kombinasjon med andre forskningsanlegg, vil v?re viktig, poengterer Svein St?len, som minner om at materialforskerne trenger en sv?r verkt?ykasse og at ESS bare er ett av de mange verkt?yene forskerne trenger.
Synkrotronen
R?ntgenunders?kelsene i synkrotroner vil fortsatt dominere materialforskningen. Vegg i vegg med n?ytronkanonen skal det derfor bygges en ny synkrotron, kalt Max IV4.
– Denne synkrotronen vil kanskje v?re vel s? viktig for forskerne v?re, antyder viserektor Knut F?gri.