Första elektronstrålen i 1,5 GeV-ringen

Första elektronstrålen i 1,5 GeV-ringen

I slutet av september uppnåddes för första gången en lagrad elektronstråle i 1,5 GeV ringen vid MAX IV-laboratoriet och därmed slutfördes första fasen i MAX IV-projektet.

– Detta är ytterligare en viktig milstolpe och vi är alla mycket glada och stolta över att ha åter igen ha levererat resultat i rätt tid, säger direktör Christoph Quitmann. 1,5 GeV ringen är en av mycket få moderna lagringsringar för mjukröntgen i världen. Den kommer att tjäna den stora användargrupp som redan finns i Sverige, men också forskare från hela världen.

Under sommarens maskinstopp installerades överföringsledningen, den sista biten som saknats för att ansluta linjäracceleratorn till 1,5 GeV-ringen, och kontroll- och styrsystemen sluttestades. Driftsättning startade i början av september och kommer att fortsätta en bit in på nästa år.

– Nu börjar det roliga för oss acceleratorfysiker, säger Magnus Sjöström, projektledare för 1,5 GeV-ringen. Bortsett från det faktum att ha en lagrad elektronstråle är en nödvändighet för att fortsätta med driftsättningen, betyder detta, att ha en lagrad elektronstråle, att vi har en mycket känslig sond att undersöka maskinen med. Nu har vi möjlighet att göra en hel rad undersökningar som berättar för oss hur vi ska kalibrera olika sensorer och magneter, bara för att nämna något. I synnerhet är det viktigt för att kunna ställa magnetfälten korrekt så att vi når de tekniska parametrar vi satt upp som mål.

– En annan viktig aspekt är att vi med en lagrad elektronstråle kan “rensa” de vakuumkammare som elektronerna cirkulerar i, fortsätter Magnus Sjöström. Ljuset som elektronerna genererar i en helt ny ring gör att gastrycket att ökar genom att ljuset slår ut gasmolekyler som har fastnat på kammarens väggar. Detta gör i sin tur att vi förlorar elektroner när de kolliderar med gasmolekylerna. För att bli av med dessa gaser behöver vi bara hålla tillräckligt mycket elektroner cirkulerande i maskinen tillräckligt länge. Så även om denna process inte är särskilt komplex är den något tidsödande och det är därför bra att vi har kunnat starta.

Mjukröntgen, det som kommer att produceras vid 1,5 GeV-ringen, används vanligtvis för spektroskopi, en metod som ger kunskap om den kemiska sammansättningen i olika material och var olika komponenter i material är placerade i förhållande till varandra. Spektroskopi används i olika tekniker som baseras på mätning av de reaktioner som uppstår i materialet när det belyses med olika typer av ljus.

Under nästa maskinstopp, i början av 2017, är målet att installera insättningselement (stora permanentmagneter) som behövs för att producera synkrotronljus till strålrören. Det första strålrör som kommer att gå i drift vid 1,5 GeV-ringen är FinEstBeaMS, finansierat genom ett estniskt-finskt konsortium. Detta strålrör kommer att tillhandahålla flera olika tekniker, till exempel röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS), fotoelektronabsorptionsspektroskopi (XAS) och fotoluminiscens-spektroskopi (PS), vilka alla är användbara för många olika sorters materialforskning.

Kontakt

Christoph Quitmann, Direktör, +46 766 32 33 14

Magnus Sjöström, Projektledare 1,5 GeV-ring, +46 709 32 33 90

Tutti Johansson Falk, Kommunikationschef, +46 766 32 33 26

 

SYNKROTRONER OCH NOBELPRIS

MAX IV-laboratoriet består av tre acceleratorer, en linjär accelerator, 3 GeV-ringen och 1,5 GeV-ringen. För närvarande är 11 strålrör av de 14 som finansierats hittills under uppbyggnad eller driftsättning. Totalt kan anläggningen cirka 25 strålrör vid de två lagringsringar och i förlängningen av linjäracceleratorn. Dessa strålrör kommer att ge forskare från universitetsvärlden och näringslivet fokuserat och högintensivt ljus, från ultraviolett via mjukröntgen till hårdröntgen som används i experimenttekniker såsom avbildning, spridning och spektroskopi.

Synkrotroner och röntgen har spelat en viktig roll i utvecklingen av naturvetenskapen. Från Wilhlem Conrad Röntgen, som tilldelades det allra första Nobelpriset i fysik 1901 för sin upptäckt av röntgenstrålar, fram till årets Nobelpristagare.

År 1924 fick den svenske fysikern Manne Siegbahn Nobelpriset i fysik “för sina upptäckter och forskning inom röntgenspektroskopi”. Hans son, Kai Siegbahn var en av tre Nobelpristagare i fysik 1981 och tilldelades priset “för hans bidrag till utvecklingen av högupplöst elektronspektroskopi”. Denna teknik är nuförtiden känd som röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS).

2016 års Nobelpristagare i fysiologi eller medicin, Yoshinori Ohsumi har gjort mycket av sitt senaste arbete inom strukturbiologi för att förstå autofagia, en grundläggande process för nedbrytning och återvinning cellkomponenter. I denna typ av forskning är röntgenkristallografi ett viktigt verktyg. MAX IV är på väg att öppna ett strålrör tillägnad denna typ av forskning, BioMAX, på 3,0 GeV-ringen.

2016 års Nobelpristagare i fysik, David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane och J. Michael Kosterlitz har utvecklat en grundläggande matematisk teori, som ursprungligen uppfattades vara ganska esoterisk. Senare insåg man att denna teori beskriver riktiga material, så kallade topologiska isolatorer, som faktiskt agerar i enlighet med nobelpristagarnas teori. Ett av de viktigaste teknikerna för att verifiera teorin och optimera topologiska isolatorer är vinkelupplöst fotoemissionspektroskopi (ARPES), vilken utförs vid synkrotroner. Här har dessa grundläggande teorier bekräftats och material har optimerats med målet att använda dem i elektronisk utrustning i framtiden. MAX IV bygger ett strålrör tillägnad denna typ av forskning, ARPES, på 1,5 GeV-ringen.

2016 års Nobelpristagare i kemi, Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart och Bernard L. Feringa har utvecklat molekylära maskiner och med detta adresserat grundläggande utmaningar. Tillämpningar av dessa maskiner ligger fortfarande i framtiden, men möjligheterna att göra nya smarta material och nanomaskiner kan vara lika stor som när elmotorn uppfanns i början av 1900-talet. Denna typ av forskning kan dra nytta av röntgentekniker. Ett exempel är strålröret NanoMAX som just nu driftsätts på 3,0 GeV-ringen.

Mer information om MAX IV-laboratoriet – https://maxiv.se

Mer information om Nobelpris – https://www.nobelprize.org

MAX IV-laboratoriet är en nationell forskningsanläggning med Lunds universitet som värduniversitet. Forskare från hela världen kommer varje år till labbet och använder röntgenstrålarna i vetenskaplig forskning för att göra det osynliga synligt. De forskar inom bland annat fysik, kemi, geologi, ingenjörs- och materialvetenskap, strukturbiologi, medicin och nanoteknologi.

MAX IV-laboratoriet invigde i juni 2016 en ny anläggning vilken är världens ljusstarkaste synkrotronljusanläggning och ersätter det tidigare laboratoriet som släcktes ned 2015. Drygt 200 personer är idag anställda vid MAX IV-laboratoriet och under de kommande åren ska ytterligare ett 50-tal personer rekryteras.

Finansiärer är Vetenskapsrådet, Vinnova, Lunds universitet, Region Skåne samt Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, ett konsortium bestående av danska universitet och regioner, Finska Akademin och Estland samt 11 svenska universitet.

I nuläget är 14 strålrör, de experimentstationer där forskningen bedrivs, finansierade och i olika stadier av färdigställande. Totalt kommer cirka 25 strålrör att kunna installeras på de två lagringsringarna samt i förlängningen av linjäracceleratorn. Fullt utbyggt kommer MAX IV-laboratoriet att kunna ta emot upp mot 3 000 forskare per år.