SER ALT: Nøytronmikroskopet ESS kan gi viktige fortrinn for skandinavisk forskning og utvikling: - Hva skjer for eksempel hvis vi forstår hvordan proteinet som fører til Alzheimers fungerer? Det vil være et gjennombrudd, sier forskningssjef Dimitri Argyriou, her foran Jeep II-reaktoren på Kjeller. (Bilde: Kjetil Malkenes Hovland)

– Erstatter lighter med blitz

  • Industri

Dette er ESS:

  • ESS vil koste totalt 6370 millioner euro (ca. 50 mrd. kroner) og skal være i drift til 2067 før den bygges ned over fire år
  • Nedmontering: 346 mill. euro
  • Årlige driftskostnader: 103 mill. euro
  • Byggekostnader: 1479 mill. euro
  • Byggekostnadene fordeles mellom Sverige (35 prosent), Danmark (12,5 prosent) og Norge (2,5 prosent) og de resterende 50 prosentene fra 14 andre europeiske land
  • Anlegget skal være CO2-nøytralt
  • Det skal også bygges et senter for nøytron- og røntgenvitenskap (Linxs) for folk som ikke snakker forskernes språk
  • IFE ønsker å bruke 175 millioner kroner av Norges bidrag til ESS på et samarbeidsprogram. De ønsker å oppgradere Jeep II-reaktoren og eksperimentell infrastruktur, som del av planen med å etablere et Randers-Riste-senter ved instituttet

Kilde: Colin Carlile, ESS, IFE

Hva gjør ESS?

  • Kjerner (protoner) fra hydrogenatomet akselereres ved hjelp av magneter i et 500-600 meter langt akseleratorrør til det nesten når lysets hastighet
  • Så skyter man protonene inn i en stasjon med kvikksølv, bly, bly-vismut-legering eller wolfram/tantal i det som kalles «målstasjonen»
  • Protonene treffer atomkjernene til disse stoffene og splittes, slik at de sender fra seg nøytroner. Det er dette som er selve spallasjonsprosessen
  • Nøytronene ledes deretter i rør frem til instrumentene hvor de brukes til å gjennomlyse og undersøke materialer
  • En del av materialene fra ESS vil bli radioaktive, og holdes i et lukket system. Noe av metallet fra selve spallasjonen vil gå tapt, men det som legges inn ved oppstart er nok til anleggets levetid på 40 år

Kilde: ESS

– Det er som å være i et mørkt rom og erstatte en lighter med blitz, sier forskningsdirektør Dimitri Argyriou ved ESS til Teknisk Ukeblad.

Gigantisk

Han snakker om ESS, verdens største nøytronmikroskop. Allerede i 2019 skal anlegget stå klart i svenske Lund. Skandinavias eneste nøytronkilde per i dag er forskningsreaktoren Jeep II hos Institutt for Energiteknikk (IFE) på Kjeller.

– ESS blir mye større enn det, sier Argyriou, og peker ut over reaktoren og IFEs område på Kjeller.

– Det kommer til å bli større enn hele dette området. Nøytronene sendes dessuten flere hundre meter gjennom en slags fiberoptiske nøytronkabler før vi utfører eksperimentene.





Norges rolle

Denne måneden var ESS-ledelsen i møte med flere sentrale aktører i innen norsk materialvitenskap på Kjeller. Til stede i møtet var blant andre IFE-direktør Eva Dugstad og NTNU-rektor Torbjørn Digernes.

Målet er å styrke Norges rolle i prosjektet ytterligere.

– Skandinavia har en gyllen mulighet, sier ESS-sjef Colin Carlile under møtet.

– ESS blir verdens beste nøytronkilde for studiet av materialer. Den er 30 ganger lysere og 30 ganger mer intens enn SNS, som er den nest største i dag, sier han.

Fra skygger til lys

– Vi kommer til å se på materialer med en klarhet og oppløsning vi aldri har sett før, supplerer forskningsdirektør Argyriou.

– I dag ser vi bare skygger. Dagens nøytronkilder er som et lite lys eller en lighter. Nå skrur vi på lyset slik at vi kan studere hva som skjer i materialene – live.





IFE-direktør Eva Dugstad
VIKTIG MØTE: Direktør Eva Dugstad ved Institutt for Energiteknikk sitter på Skandinavias eneste nøytronkilde. IFE ønsker å bli mest mulig sentrale i arbeidet med å utvikle nøytronmikroskopet ESS i svenske Lund. Kjetil Malkenes Hovland

Superledere uten tap

Forskningsdirektøren vil ikke spå nøyaktig hvilke oppfinnelser ESS kan gi oss. Men han nevner farmasien, nye materialer og superledere som områder hvor det kan skje gjennombrudd.

– Hva skjer for eksempel hvis vi forstår hvordan proteinet som fører til Alzheimers fungerer? spør Argyriou. – Det vil være et gjennombrudd. Superledere også, eller om man kunne utviklet belegg som oppfører seg som solceller. Da kan vi dekke hele hus uten å involvere silisium.

ESS driver med forskning og ikke teknologi, understreker han. Men rundt store teknologisentre dukker det fort opp miljøer som oversetter nye oppdagelser til lønnsom teknologi.

– Det er mange mulige gjennombrudd, og materialer er nøkkelen. Dette er nøytroner gode på. ESS vil være et kraftig verktøy som kan gi oss den innsikten vi trenger, sier han.

Les også: Skal måle mørkets makter

Samler datakraften på Island

Superledere i romtemperatur

Selv jobber Argyriou med høytemperatur superledere.

– Vi vet at magnetisme gir tap av motstand i superledere ved høy temperatur. Vi ville gjerne hatt superledere i romtemperatur, for da kan vi transportere store mengder strøm uten tap, sier Argyriou.

I dag må superledere kjøles ned til minus to hundre grader for å kunne overføre strøm uten tap. Finner forskerne et svar på hvordan dette kan skje i romtemperatur, kan Norge i teorien selge strøm til hvem som helst på kloden.

– Mange drømmer om dette. Vi har gjort store fremskritt i materialteknologien, men dette er fortsatt altfor dyrt. Vi forstår fortsatt ikke helt høytemperatur superledere.

Bruker strengteori

Det er også mange konsepter i kosmologien som vi ikke forstår, som strengteori. Argyriou håper å kunne teste ut en del teoretiske problemer fra kosmologien mer konkret.

– Det finnes symmetrier i materialer som ligner på det du finner i kosmologien. En spennende trend er å bruke strengteori til å studere materialenes mysterier. Vi vil teste disse teoriene, ikke i partikkelakseleratorer eller sentrum av galakser, men inne i materialene selv.

Kanskje kan ESS vise oss hittil ukjente bindinger i materialer, og biologiske nøkler og mekanismer som hittil ikke er avdekket.





NTNU-rektor Torbjørn Digernes
VIL VÆRE MED: NTNU-rektor Torbjørn Digernes ønsker å være med på det som skjer av forskning ved nøytronmikroskopet ESS. Kjetil Malkenes Hovland

– Kan kontrollere naturen

– Det å forstå hydrogen og hydrogenbindinger er viktig innen biologi og farmasi. Nøytroner er gode til å «se» hydrogen. ESS vil kunne se ting som aldri er sett før, og som røntgenstråler ikke kan se.

– Hvilke industriprodukter kan vi se for oss hvis dere lykkes?

– Det er farlig å spå. Men innen farmasi, matvitenskap, miljøvennlige belegg, her kan vi spille en stor rolle. ESS utvikler ikke materialer, det er viktig å forstå. Men med nøytronene kan vi forstå hvorfor materialer oppfører seg som de gjør. Vi kan forstå hvordan naturen virker og dermed kontrollere den, sier han.

Les også: Nå er Norge Cern-favoritt

– Cern kan gi fenomenale muligheter

NTNU vil delta

– En del av våre materialfolk og fysikere interesserer seg for dette. Vi henger oss på for å se etter muligheter for å bygge opp en forskning som kan utnytte denne fasiliteten, sier NTNU-rektor Torbjørn Digernes til Teknisk Ukeblad.

– Hva er mest interessant for dere på ESS?

– Det er materialsiden. Vi satser hardt på nanoteknologi og er sterke på flere materialområder.

– Det er materialsiden. Vi satser hardt på nanoteknologi og er sterke på flere materialområder. ESS-mikroskopet vil gi lys der det i dag er skygger, mener forskningsdirektør Dimitri Argyriou.