18-10-2018 22:40:07

Verdens største neutronkilde skal give superledere til folket

I 2023 åbner ESS i Lund med verdens største neutronkilde, og den kan ikke bare accelerere neutroner, men også de forskningsområder, som bruger dem, mener dansk magnetismeforsker.
30. okt. 2017 Af Morten Scriver Andersen - Journalist
<p><em>ESS (European Spallation Source) åbner i 2022 i Lund, og det bliver en stor gevinst for neutronforskermiljøet omkring København.</em></p>

ESS (European Spallation Source) åbner i 2022 i Lund, og det bliver en stor gevinst for neutronforskermiljøet omkring København.

Der gik et sus igennem forskerverdenen i Danmark, da det tilbage i 2015 stod klart, at ESS skulle ligge i Lund, og den tilhørende data skulle analyseres fra et center i København.

ESS er ikke en hvilken som helst forskningsfacilitet. Den bliver verdens største neutronkilde og vil dermed samle Europas fremmeste forskere inden for særligt studier af materialers indre struktur og dynamik. Det kan skubbe til udviklingen af dagligdagsting som hurtigere computere, mere effektive rengøringsmidler, men ESS bliver også en vigtig komponent til at løse store samfundsudfordringer på blandt andet klima-, energi og transportområdet. Det nye store samlingspunkt i baghaven af København er helt afgørende for forskningsmiljøet, mener Rasmus Toft-Petersen, der forsker i magnetiske materialer ved DTU.

”Når man har sådan et sted, som er så stor en facilitet med tusindvis af ansatte, så skaber det en helt særlig stemning af samarbejde mellem forskere. Vi kan simpelthen ikke lave vores forskning alene, vi bliver nødt til at samarbejde med hinanden,” siger Rasmus Toft-Petersen.

Bedste nuværende neutronkilde er 43 år gammel

Det er en såkaldt partikelaccelerator, som bliver ESS’s store tilløbsstykke. Den består af en 500 meter lang tunnel, som protoner bliver skudt igennem i høj hastighed for at ramme et mål af wolfram. Wolfram er et tungt materiale, der har et overskud af neutroner, og hvis det bliver ramt af højenergi protoner, så skralder man de vigtige neutroner af, som kan bruges i mange forskellige forskningsområder, som hidtil har været en begrænsende ressource.

”Vi har meget svært ved at producere flere neutroner. På vores nuværende neutronkilder bliver neutronerne kølet ned af en moderator, så de kommer ud alle retninger. Så den tæthed af neutroner, der kommer ud af de her kilder har simpelthen ikke ændret sig særlig meget over de sidste 30 år. Så lige nu er verdens mest intense neutronkilde ILL i Frankrig og den blev bygget i 1974,” siger Rasmus Toft-Petersen.

Rasmus Toft-Petersen skal, når ESS åbner i 2023, sidde som ansvarlig i Lund på neutroninstrumentet BIFROST, der er skyder neutroner ind i et magnetiske materiale for at undersøge de dybereliggende egenskaber. Men neutroner er et værktøj til at undersøge alle mulige forskellige materialer.

Drømmen om en superleder

Én af de forskningsområder, Rasmus Toft-Petersen håber, etableringen af ESS vil rykke ved, er høj temperatur superledere. En superleder er karakteriseret ved, at den elektriske modstand er nul, og det giver mulighed for at spare enorme mængder energi, fordi strømmen dermed kan transporteres over store afstande uden tab.

Ifølge Rasmus Toft-Petersen har man i mange år troet, at det er magnetiske vekselvirkninger, der er årsag til den superledende mekanisme, men når man måler på det, er detaljegraden for lav til, at man for alvor kan vide sig sikker. Det har været en begrænsende faktor lige siden 1986, hvor man opdagede keramiske materialers superlederegenskaber.

”Hvis man kunne skrue antallet af neutroner op med 1-2 størrelsesordner så begynder man at kunne se langt flere detaljer og se tingene meget mere præcist. Det gør, at vi kan justere vores modeller og komme nærmere på, hvad det egentlig er for mekanismer, der er er på spil,” siger Rasmus Toft-Petersen. Han håber på, at ESS kan rykke fundamentalt ved vores forståelse af de eftertragtede superledere.

”De seneste 25 år har man arbejdet meget på høj temperatur superledere, og vi håber at kunne gøre en forskel der. Simpelthen ved at levere et eksperimentelt resultat, der vil kunne gå ind og ændre på gængs tænkning på det område,” siger han.

Superlederteknologi til folket

Visionen er, at man via grundforskning kan muliggøre, at superledere kan fungerer ved en temperatur så kølningen kan ske med flydende kvælstof i stedet for det meget dyrere helium, der anvendes i dag.

”Hvis du skal køle din superleder med flydende helium, så koster det nogenlunde det samme pr. liter som skotsk whiskey, og flydende kvælstof koster det samme som mælk. Så hvis man kan begynde at bruge superledere, der fungerer ved flydende kvælstof-temperatur, så har man gjort superlederen som teknologi meget mere tilgængelig,” forklarer Rasmus Toft-Petersen.

Med ESS’s kommende neutronkilde med en forventet kapacitet på 5 megawatt tager neutronforskningen et tiltrængt spring fremad, mener Rasmus Toft-Petersen. Han peger på røntgenforskningen som et felt, der har rykket sig meget på grund af store investeringer over de seneste 25 år.

”Hvis du ser på, hvor hurtigt røntgenforskningsfeltet har udviklet sig, så har kvaliteten af røntgenkilderne steget eksponentielt i den periode. Hvis vi kan skrue op med en faktor 10 i antallet af neutroner, så får vi et signal-støjforhold, der er en faktor 10 bedre, og det gør, at vi begynder at få en bedre opløsning. Dermed kan vi begynde at lave vores neutronstråler mere veldefineret og det giver en bedre opløsning,” siger han.

Du kan høre mere om ESS og den danske del af arbejdet, når Rasmus Toft-Petersen og Peter Kjær Willendrup besøger Kalvebod Brygge i København til et arrangement 16. november.


Deltag i debatten

luk
close