Fakta om MAX IV

Facts about MAX IV (in English see below):

Vid MAX IV kan man undersöka molekylära strukturer och ytor mer detaljrikt än vad man tidigare har kunnat göra. Forskare inom t.ex biologi, fysik, kemi, miljö, geologi, teknik och medicin har användning av tekniken. Tekniken ger möjlighet till nya upptäckter och produkter inom exempelvis material, medicin och miljö.
MAX IV-anläggningen bygger på ny teknik och vetenskapliga teorier som har utvecklats vid lundabaserade MAX-lab under flera decennier (tidigt 80-tal). MAX-lab hyste ringarna (I-III).
På MAX IV finnas två lagringsringar, en stor och en mindre. Den stora ringen har en omkrets på 528 meter, i storlek med Colosseum i Rom.

I linjäracceleratorn sätter man fart på elektroner så de närmar sig ljusets hastighet. De förs sedan in i lagringsringen där man böjer deras bana med hjälp av magneter. Vid avböjningen avger elektronerna synkrotronljus som är ett oerhört intensivt ljus och som är lika energirikt i alla våglängder. Ljuset leds ut till forskningsstationerna genom särskilda strålrör och det är här som experimenten sker.

MAX IV-anläggningen räknar med att 2000 tillresta forskare från hela världen kommer att göra sina experiment på anläggningen. Runt 250 personer kommer att arbeta på anläggningen när den är fullt utbyggd.
MAX IV har flera finansiärer som bidrar till olika delar: Vetenskapsrådet, Lunds universitet, Vinnova, Region Skåne, Knut och Alice Wallenbergs stiftelse samt ett konsortium som består av danska universitet och regioner, Finska Akademin och Estland samt 11 svenska universitet.

Kostnaden för MAX IV blir cirka sex miljarder SEK fullt utbyggd och då står själva byggkostnaden för cirka 2 miljarder kronor. Totalt innehåller anläggningen ett 20-tal byggnadskroppar och är ca 50 000 kvm stor. Anläggningen har byggts med ett stort miljöfokus och har fått flera priser och utmärkelser för sitt nytänk, t.ex pris för bästa framtidsprojekt på fastighetsmässan MIPIM I Cannes 2014  och bästa Miljöbyggnad på Betonggalan i Malmö 2015.
I nuläget är nio strålrör färdigbyggda, 14 är färdigfinansierade och totalt kan anläggningen rymma cirka 30 strålrör på de två lagringsringarna samt i förlängningen av linjäracceleratorn.

Experiment på en synkrotronljusanläggning

Vid experimenten används olika tekniker: avbildning, spektroskopi och spridning. Ofta kombineras teknikerna vid experiment och tillsammans erbjuder de forskare möjlighet att studera och utveckla nya läkemedel, effektiva batterier och solceller samt legeringar, papper, tyg och plaster med nya funktioner. Man kan också mäta föroreningar i vatten och jord för att hitta sätt att rena dessa, man kan undersöka historiska och arkeologiska föremål utan att fördärva dem och man kan undersöka både friska och sjuka celler och vävnad för att utveckla nya behandlingar.

Avbildning: Ger kunskap om hur materian ser ut (direkt utan algoritmer) utanpå, såsom ett fotografi, eller inuti som en vanlig röntgenbild. Metoden ger en bild eller film i två eller flera dimensioner. De tekniker som används är t.ex mikroskopi och tomografi.
Med nanometerupplösning kan man se på en elektronisk komponent som är byggd med nanoteknologi. Med tekniken kan man se hur nanostrukturerna inåt i komponenten påverkas när den används och därmed förstå hur man kan bygga bättre och mera stabila komponenter, t.ex mer driftsäkra katalysatorer.
Vid MAX IV finns idag följande finansierade strålrör som kan avbildning: NanoMAX, MAXPEEM, CoSAXS, SoftiMAX, DanMAX

Spektroskopi: Ger kunskap om kemi och var beståndsdelar i materian sitter. Spektroskopi är metoder som går ut på att mäta de förändringar i energinivåer i material som uppstår när man belyser materialet med olika slags ljus. De tekniker som används är t.ex absorption, fotoelektronspektroskopi och fluorecens. Med hjälp av dessa får man reda på den kemiska sammansättningen av provet som man undersöker, dvs. vilka ämnen som provet är uppbyggt av.
Med spektroskopi kan man t.ex. mäta vilka spårämnen som finns i växtprover för att förstå hur exempelvis metaller tas upp av växter och därmed vilken miljöpåverkan detta kan få.
Man kan också se hur atomer och molekyler växelverkar på en katalytisk aktiv yta för att kunna ta fram mer effektiva katalysatorer för avgasrening.
Finansierade strålrör som kan spektroskopi: FemtoMAX, Balder, HIPPIE, ARPES, FinEstBeaMS, SPECIES, FlexPES, MAXPEEM, CoSAXS

Spridning ger kunskap om struktur (atomär, molekylär). Spridning är ett begrepp som täcker in de olika fenomen som uppträder när ljus möter ett material. Ljuset kan reflekteras eller ändra riktning när det passerar genom materialet. Dessa förändringar kan mätas. Exempel på tekniker för spridning är röntgenkristallografi, pulverdiffraktion.
Det man får reda på med dessa tekniker är hur atomerna eller molekylerna sitter i förhållande till varandra vilket har betydelse för vilka egenskaper materian eller materialet har, tex kan de vara mekaniska, magnetiska eller elektroniska.
Med hjälp av spridning kan man t.ex. se på batterimaterial för att se hur atomerna flyttar på sig när batteriet laddas upp och på så vis förstå hur bättre, lättare och billigare batterier kan designas. Man kan också se på hur strukturen av ett material ändras när det utsätts för mekanisk påverkan. Det ger kunskap för att kunna ta fram nya, starka material med högre brottstyrka.
Finansierade strålrör som kan spridning: FemtoMAX, NanoMAX, BioMAX, VERITAS, SPECIES, CoSAXS, DanMAX

 

MAX IV in brief

At MAX IV you can examine molecular structures and surfaces in a far more detailed way than before. Researchers in areas such as biology, physics, chemistry, environment, geology, engineering and medicine can utilise this technology. The technology provides opportunities to make new discoveries and products in fields such as materials, medicine and the environment. However, the greater part of the research conducted at the facility is basic research, which seeks answers to the question of why atoms form molecules and crystals at all.

The MAX IV facility is based on new technology and scientific theories that have been developed at the Lund-based MAX Lab since the early 1980s. MAX Lab was the forerunner of the MAX I, II and III accelerators.
At MAX IV there are three accelerators – a linear accelerator and two storage rings. The large ring has a circumference of 528 metres, comparable with the Coliseum in Rome.

The linear accelerator increases the velocity of electrons almost to the speed of light. The electrons are then directed into the storage ring, where magnets bend their path. In this bending process the electrons emit synchrotron light, which is an extremely intense light spanning wavelengths from ultraviolet to hard X-rays. The light is directed to the research stations through special beamlines, which is where experiments are conducted.

It is estimated that 2,000 researchers from around the world will visit MAX IV each year to conduct experiments at the facility. About 250 people will work at the facility when it is fully developed.

MAX IV has several financiers who contribute to its various elements: the Swedish Research Council, Lund University, the Knut and Alice Wallenberg Foundation, Vinnova, Region Skåne, 11 Swedish universities, the Academy of Finland together with Estonia, as well as a consortium made up of Danish universities and regions.

MAX IV will have cost about EUR 640 million by the time it has been fully developed. The construction costs will account for just under EUR 210 million. Overall, the facility consists of some 20 buildings occupying an area of approx. 50,000 m2.
The facility has been built with a strong focus on environmental aspects and its innovative approach has won prizes and awards, such as the prize for best future project at the MIPIM real estate show in Cannes in 2014.
At present 11 beamlines 14 that are financed are being constructed or commissioned. In total, the facility can accommodate 26‒28 beamlines in the two storage rings and in the extension of the linear accelerator.

Experiments at a synchrotron radiation facility

Various techniques are used in the experiments: imaging, spectroscopy and scattering. The techniques are often combined and together they offer researchers opportunities to study and develop new drugs, efficient batteries and solar cells, as well as alloys, paper, fabrics and plastics with new functions. Pollutants in water and soil can be measured in order to identify new ways to tackle contamination. Historical and archaeological objects can be examined without damaging them. Healthy and diseased cells and tissue can be analysed as a basis for developing new treatments.

However, the majority of the experiments are for basic research, which aims to give us insights into the workings of the smallest components in materials. This knowledge is necessary for pursuing more applied research such as the examples mentioned above.

Imaging provides knowledge on what materials look like from the outside, as in a photograph, or from within, as in an X-ray image. The method delivers an image or film in two or more dimensions. The techniques used include microscopy and tomography.
With nanometre resolution it is possible to see an electronic component that has been built using nanotechnology. The technique can be used to see how the nanostructures within the component are affected when it is used, providing insights into how better and more efficient components can be built, such as more reliable catalysts.
MAX IV currently has the following financed beamlines that can be used for imaging: NanoMAX, MAXPEEM, CoSAXS, SoftiMAX and DanMAX.

Spectroscopy provides knowledge on chemistry and where the components in matter are positioned in relation to each other. Spectroscopy involves methods based on measuring the response that arises in the material when it is illuminated with various types of light. The techniques used include photoelectron spectroscopy and fluorescence. These techniques can be utilised to identify the chemical composition of an examined sample.
Spectroscopy can be used to identify which trace substances are present in plant samples. This can, for example, provide a better understanding of how metals are taken up by plants and the resulting environmental impact.
It is also possible to see how atoms and molecules interact on a catalytically active surface in order to develop more effective catalytic converters in exhaust emission control systems.
The financed beamlines that can be used for spectroscopy are: FemtoMAX, Balder, HIPPIE, ARPES, FinEstBeaMS, SPECIES, FlexPES, MAXPEEM and CoSAXS.

Scattering provides knowledge on the structure of atoms or molecules. Scattering is a term that covers various phenomena that arise when light meets a material. The light can be reflected or change direction when it passes through the material. These changes can be measured. The techniques used for scattering include X-ray crystallography and powder diffraction.
These techniques can be used to identify how the atoms or molecules are positioned in relation to each other, which is important for the characteristics – mechanical, magnetic, electronic, etc. – of the matter or material.
Scattering can be used to observe battery materials in order to see how the atoms move when the battery is charged and thereby gain a better understanding of how improved, lighter and cheaper batteries can be designed. It is also possible to see how the structure of a material changes when it is subjected to mechanical forces. This provides knowledge that can be used to develop new, stronger materials with higher breaking strength.
The financed beamlines that can be used for scattering are: FemtoMAX, NanoMAX, BioMAX, VERITAS, SPECIES, CoSAXS and DanMAX.