Tag med på rundvisning i spritny partikelaccelerator i Aarhus

Videnskabsminister Morten Østergaard (R) skubber andægtigt håndtaget i bund. Fra 'ring off' til 'beam on'.

Det sorte håndtag ligner populærkulturens klichéforestilling om det ene mytiske håndtag, der kan starte en atomkrig eller afbryde strømmen til et helt land. I dette tilfælde er følgerne dog noget mindre dramatiske - om end ganske perspektivrige.

Det er Aarhus Universitets nye og forbedrede partikelaccelerator, Astrid2, som videnskabsministeren netop har tændt for. De tilstedeværende i det helt fyldte lokale - fra dekaner og specielt inviterede gæster i jakkesæt til fysiknørder i mere afslappet påklædning - holder vejret et kort sekund, indtil en gul kurve på den tilhørende fladskærm indikerer, at bundter af elektroner nu farer rundt i acceleratoren. Fem millioner omgange i den 46 meter lange acceleratorring tager de i sekundet.

Læs også: Se en partikelaccelerator blive skabt på 30 sekunder

Hele salen kvitterer med klapsalver. 21 år efter, at man tog den første Astrid-partikelaccelerator i brug, kulminerer Aarhus Universitets partikelacceleratorudvikling denne mandag.

Den ultimative røntgenkilde

Vi befinder os godt fem meter under jorden, et sted under parkeringspladsen mellem Fysik og Kemi. En lang række skilte med vejanvisninger har ført os herned i kælderen under ISA - Institute for Storage Ring Facilities.

Selve Astrid2 gemmer sig bag en opstillet betonmur, der skærmer af for de heftige doser røntgen- og gammastråling, som partikelacceleratoren udsender, når elektronerne farer rundt. I lighed med sin ældre søster, den oprindelige partikelaccelerator Astrid, omtales ringen kærligt af talerne som 'hun'.

»Det her er den ultimative røntgenkilde. Det kan måske lyde lidt pompøst for os fra den jyske muld, men den er god nok,« lyder det fra Søren Pape Møller, der som centerchef for ISA har en stor aktie i udviklingen af den 37 millioner kroner dyre accelerator og introduceres som 'far til Astrid'.

Det er også ham, der får lov til at slukke for acceleratoren igen, så Morten Østergaard og de andre VIP-gæster kan komme ind bag betonmuren.

Fra blyant til nål

Hvad der præcis gemmer sig bag de flotte ord om Astrid2 som værende unik og enestående, får Ingeniøren et mere præcist svar på, da seniorforsker Søren Vrønning Hoffmann efter VIP-rundvisningen byder på en mere detaljeret tur rundt i Astrid2's indre.

»Populært sagt går vi fra en elektronstråle på størrelse med blyet i en blyant ned til spidsen af en nål. Så lyset kommer meget fint ud, og vi har mulighed for at levere lys med meget høj kvalitet. Og det er det store spring fremad,« forklarer Søren Vrønning Hoffmann.

Denne stråling, kaldet synkrotronstråling, opstår, når magneter afbøjer elektronernes bane rundt i acceleratoren. Hundredvis af magnetafbøjninger giver et meget mere koncentreret lys i højere intensitet end i eksempelvis den første Astrid-søster.

Disse høje intensiteter er mulige takket være udviklingen inden for magnetdesign, forklarer Søren Vrønning Hoffmann.

»Vi forstår at lave magneterne nu og kan lave dem meget mindre og bedre. Traditionelt magnetdesign ville have krævet en langt større ring, og så ville den ikke have kunnet være her. Man tænker tit, at magneter ikke er et område, der sker meget inden for, men der er faktisk sket rigtig meget,« forklarer 'Astrids far'.

Man tror ham. Ude på den anden side af betonvæggen er der 'kradsemærker' på muren, fra når gaffeltrucks har klemt sig forbi. Pladsen er udnyttet ned til mindste detalje.

En 'mini-Cern'

Selve acceleratoren består af i alt seks 'girders' - stålstationer - med firespolede magneter og dipoler, som afbøjer elektronerne.

»Alt det her er lavet på vores specifikationer. Det er ikke noget, du kan købe nogen som helst steder. Det er ikke på nogen måder en let sag,« fortæller Søren Vrønning Hoffmann, mens vi gør holdt ved en af de seks stålstrukturer.

Hele ringen - som reelt er en ring med lange lige stræk - er et kæmpe vakuumkammer, der holder et tryk på 10^-13 (ti i minus trettende) af normalt atmosfærisk tryk. Sådan et tryk kan kun opnås ved at varme rørene op og så køle dem ned igen. Af samme årsag er røret, som elektronerne farer rundt i, omviklet med sølvfolie hele vejen rundt.

Seniorforskeren vil godt gå med til at kalde Astrid2 for en miniudgave af Cerns noget større og langt mere kendte partikelaccelerator, LHC.

»Ja, langt hen ad vejen er det den samme idé. Cerns accelerator er større og kører med superledende magneter. Men det her en mini-Cern, det kan vi godt sige. Det er samme idé. Man kan afbøje og fokusere elektronstrålingen,« medgiver han, da rundvisningen er nået til vejs ende et kvarters tid senere.

»Nu skal vi over til det sjove«

I modsætning til LCH-acceleratoren skal Astrid2 dog ikke bruges til at påvise eksistensen af Higgs-partiklen. I stedet åbner den forbedrede lyskvalitet - vi er i den bløde ende af røntgenskalaen - op for undersøgelser inden for proteiner og dna.

»Den bløde røntgenstråling er velegnet til materialer og overfladestruktur. Men vi kigger også på biomolekyler som proteiner og dna. Dertil vil vi gerne have den ultraviolette del med også, og den her accelerator er på verdensplan virkelig en unik ultraviolet kilde. Det er her, vi kan noget. Og det bruger vi til at undersøge strukturen i proteiner og dna, og det har direkte betydning for udvikling af biomedicin.«

Med den officielle indvielse af partikelacceleratoren vel overstået er næste skridt at flytte og opgradere Astrids eksisterende måleapparatur. Måleudstyret skal flyttes ud på den anden side af betonmuren og ud i det lokale, der denne formiddag har huset jakkesættene og borde med kanapeer og boblevand.

Dette arbejde skal være tilendebragt med udgangen af 2013.

»Nu har vi bygget acceleratoren, og så skal vi over til det, som jeg synes er sjovt - nemlig forskning. Vi skal kunne måle på det. Vi skal trække lyset ud på den anden side af betonmuren, sådan at vi har et behageligt miljø at arbejde i,« slutter Søren Vrønning Hoffmann, der virker lige så begejstret som resten af de tilstedeværende.

Det har været en god formiddag for en fysiker.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hvis nogen skulle have lyst til at forstå, hvorfor elektroner udsender stråling, når deres bane afbøjes rundt om et hjørne eller på vej gennem en wiggler i Astrid2, er der hjælp at hente i følgende physlet (vælg cirkelbevægelsefor "hjørne" og sinusoidal for "wiggler").

Endvidere har Aarhusianerne linket til en ældre artikel i Kvant (1999) om Astrid (storesøsteren) på: http://www.isa.au.dk/dansk/information.asp

Og der er en god gennemgang (engelsk) af hvordan en moderne lagerringsfacilitet til produktion af røntgenstråling fungrer, her: http://www.diamond.ac.uk/Home/About/FAQs/S...

Astrid står, så hut jeg visker for for Aarhus STorage RIng in Denmar). At Aarhusianerne i populariseringens navn har kaldt deres egen lagerring for en accelerator er forvirrende. I en lagerring cirkler "oplagrede" paritikler rundt med ca. konstant fart. Den energi, der udsendes som fotoner, kommer godt nok fra partiklernes kinetiske energi, men det kompenserer man for i små accelerationstrin i "ringen".

Se evt. Aarhusianernes engelske hjemmeside. Den er af en eller anden grund mere opdateret og informativ end den danske: http://www.isa.au.dk/facilities/astrid2/as...

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten