Neutroner til alle

Byggeriet af verdens kraftigste neutronkilde, European Spallation Source (ESS), begyndte i Sverige den 2. september og ventes at tage fem år. Institut for Kemi bidrager med det avancerede tre-i-en-instrument Heimdal, men det 14 mia. kr. dyre projekt vil gavne forskning på de fleste institutter og centre på AU Science and Technology – og Health, for den sags skyld.

12.09.2014 | Peter F. Gammelby

Sådan kommer ESS til at tage sig ud fra luften. 65.000 kvm. forskningsinfrastruktur. Det forventes, at mellem 2.000-3.000 gæsteforskere fra universiteter, institutioner og virksomheder årligt vil besøge ESS.

Tegning af Heimdal. Neutronstrålerne kommer fra venstre side og krydser ved prøven (i den grønne cylinder). Diffraktionsdata samles på detektorer rundt om prøven. Småvinkeldata detekteres i den lange vandrette cylinder. Læg mærke til instrumentets størrelse. Personen på tegningen er i rigtig størrelse.

Det handler om materialeforskning i bredeste forstand: med neutronkilden kan man se gennem de fleste materialer og få et langt mere præcist og nuanceret billede, helt ned til det enkelte atom, end man kan med f.eks. røntgen. Og det vel at mærke uden at ødelægge noget, for neutronerne interagerer næsten ikke med de materialer, de gennemtrænger.

Neutronspredning er et værdifuldt redskab inden for fysik, kemi, geologi, biologi og medicin, fordi det både kan vise strukturer og dynamikker i atomer og molekyler, og kan gøre det over lang tid og stor afstand.

Man kan således bruge det til at lede efter svagheder i bilmotorer (mens de kører), kigge indenfor i skrøbelige arkæologiske fund, analysere proteiner, fossiler, jordprøver og byggematerialer samt skabe ny indsigt i partikelfysisk grundforskning.

For at kunne det, skal neutronkilden forsynes med 22 videnskabelige instrumenter, der kan udnytte neutronstrålerne.

Tre-i-en-instrumentet Heimdal

Et af instrumenterne, kaldet Heimdal, er designet af forskere på Institut for Kemi på Aarhus Universitet i samarbejde med Københavns Universitet, Danmarks Tekniske Universitet og Paul Scherrer Instituttet i Schweiz.

Instrumentet er nyskabende, da det kombinerer tre teknikker i ét instrument, så man kan få meget mere information om prøven end normalt. Teknikkerne er pulverdiffraktion, der giver information om atomar og molekylær struktur (0.01-5 nm), småvinkelspredning, som giver oplysninger om partikel størrelser (1–500 nm) og tomografi, som giver et billede svarende til et almindeligt røntgenbillede, som vi kender det fra tandlægen (0.1 mm - 100 mm).

Heimdal er specialdesignet til materialeforskning, og nogle af fokusområderne er magnetisme og fremtidens batterier, fortæller lektor Mogens Christensen, som leder arbejdet med at designe instrumentet; faktisk var det en af de opgaver, Institut for Kemi ansatte ham til i februar 2014.

Hans egen forskning omhandler magnetisme. I den sammenhæng er neutronspredning særlig interessant, fordi den kan påvise magnetiske momenter, hvilket betyder, at man kan se den magnetiske struktur på mikroskopisk skala.

”Vi bliver i stand til at undersøge flere ting under forskellige forhold på en gang – f.eks. analysere et materiales magnetiske moment under forskellige temperaturer, tryk og magnetfelter. Vi har allerede mange ideer til eksperimenter, der kan gennemføres, men det bedste ved ESS er de eksperimenter, vi ikke har tænkt på endnu, for der kommer helt nye muligheder med kombinationen af teknikkerne,” siger Mogens Christensen.


Læs mere om ESS på hjemmesiden europeanspallationsource.se

Science and Technology, Medarbejdere
89573 / i31