Med maskinen som drivkraft

Med maskinen som drivkraft

Sara Thorin drömde redan som barn om att bli fysiker. Som projektledare för en av MAX IV-laboratoriets mest centrala delar – linjäracceleratorn – har hon ett stort ansvar för att få världens bästa synkrotronljusanläggning att leverera ljus av exakt rätt kvalitet för att avslöja hemligheterna i ett hittills okänt mikrokosmos.

Tänk på något riktigt snabbt!

En racerbil?

OK. En Formel 1-bil i full fart färdas cirka 90 meter i sekunden. Det är ruskigt snabbt. På samma tid hinner de elektroner som Sara Thorin och hennes kollegor skjutsar iväg tillryggalägga en sträcka som är 3,3 miljoner gånger längre. Det blir i runda svängar 570 000 varv i MAX IV-laboratoriets stora accelerator-ring – 3GeV-ringen* – med en omkrets på 528 meter. Varje sekund. En hastighet obetydligt långsammare än ljusets.

Denna närmast ofattbara hastighet uppnås redan de första fem meterna i en 300 meter lång linjäraccelerator (LINAC), där elektronerna med extrem precision accelereras och sedan tillförs stora mängder energi innan de injiceras in i någon av MAX IV-laboratoriets tre försöksanläggningar – 3 GeV-ringen, den mindre 1,5 GeV-ringen och en så kallad ”Short Pulse Facility” (SPF) – alla med olika funktioner.

Linjäracceleratorn
Linjäracceleratorn. Foto: Kennet Ruona.

– Skillnaden mellan den stora och den lilla ringen ligger framför allt i våglängderna på det ljus som produceras, förklarar Sara Thorin. I den stora ringen har elektronstrålen högre energi och producerar ljus med kortare våglängd, medan den lilla ringen ger längre våglängder. På så sätt kan vi skapa de bästa förutsättningarna för olika typer av undersökningar, till exempel av material där beståndsdelarna ligger på olika avstånd från varandra.

Idag (november 2015) levererar LINACen rutinmässigt elektroner till 3 GeV-ringen. I ett senare skede kommer 1,5 GeV-ringen, med en omkrets på 96 m, att startas upp och nu koncentreras arbetet till LINACens kanske mest krävande uppgift – att åstadkomma de extremt korta ljuspulser som krävs i MAX IV:s Short Pulse Facility.

– I SPFen kommer forskarna att kunna studera väldigt snabba förlopp som kräver en hög upplösning. Det kan till exempel handla om kemiska reaktioner som sker inom extremt små tidsrymder. Vi kan idag skapa stabila pulser på under en picosekund – en triljondels sekund – men med ytterligare intrimning ska vi nå ner till några tiotals femtosekunder, det vill säga tusendelar av picosekunder. Man kan jämföra med en kamera med extremt kort slutartid. Med SPFen kommer vi att kunna ta skarpa bilder av sådant som tidigare bara gått att ana sig till. Det kommer att ge en massa ny, spännande kunskap.

Den som besöker MAX IV-laboratoriet kan inte undgå att fascineras av kontrasterna och den spännvidd mellan det stora och det lilla som ständigt gör sig påmind. Å ena sidan dessa enorma hastigheter och krafter, å andra sidan den nanometerprecision som krävs för att få elektronstrålen att gå exakt rätt väg. Å ena sidan de enorma byggnaderna med sina metertjocka betongväggar, kraftfulla stålkonstruktioner och grova elledningar, å andra sidan de osynligt små molekylstrukturer vilkas hemligheter utgör själva drivkraften för att MAX IV-laboratoriet alls har kommit att byggas. Strävan att bättre förstå den värld som omger oss. Kanske var det också detta som drev Sara Thorin till att välja fysiken.

– Valet stod mellan att bli skådespelare eller fysiker. Jag plöjde Illustrerad vetenskap redan på mellanstadiet och kände efterhand en allt starkare fascination inför de förklaringar som naturvetenskapen kunde ge till frågor av rent filosofisk karaktär. Sådana som sysselsätter de flesta tonåringar, frågor om existensen, om universum, om hur allt hänger ihop. I fysiken hittade jag många av svaren och det inspirerade mig till att lära mig mer.

Men det stora fysikintresset till trots hängde skådespelardrömmarna med en bra bit upp i tonåren och på gymnasiet blev det estetisk variant, på Heleneholmsskolan i Malmö.

– Jag hade egentligen redan bestämt mig för att läsa fysik, men ville ge teatern en chans. Gymnasietiden gav mig många fina upplevelser som jag inte skulle vilja vara utan. Jag träffade många spännande människor och lärde mig massor, men det var först när jag var klar med gymnasiet och började läsa in de naturvetenskapliga ämnena på ett tekniskt basår som jag kände att jag hittat hem. Nu var det fysiken som gällde.

Civilingenjörsstudierna i teknisk fysik på Lunds tekniska högskola gick i rasande fart och efter ett examensarbete i atomfysik sökte och fick Sara Thorin 2004 en doktorandtjänst på MAX-lab, en arbetsplats Sara Thorin beskriver som ”en oas för fysiker och ingenjörer”.

– MAX-lab hade varit min drömarbetsplats ända sedan ett studiebesök under det tekniska basåret. Det var och är en fantastisk miljö med människor besjälade av en gemensam uppgift – att få elektronerna att snurra i bestämda banor med hjälp av allt större och häftigare maskiner och krafter.

Sara Thorins forskning handlade om s.k. frielektronlasrar och det medförde att hon redan under doktorandtiden gjorde beräkningar på de korta pulser som ska levereras av LINACen. Det arbetet ledde till att hon så småningom, vid bara 30 års ålder, fick jobbet att leda ett av de verkligt centrala projekten inom MAX IV – uppbyggnaden av linjäracceleratorn – ett miljardprojekt inom miljardprojektet.

– Egentligen har jag jobbat med LINACen i MAX IV ända sedan 2006, det vill säga strax efter att MAX III invigdes. Från början var det ett projekt på ritbordet, med en mängd större och mindre problem som behövde lösas i teorin. Men så småningom infann sig en känsla av att det blev mer och mer på riktigt och för två och ett halvt år sedan var det dags att påbörja installationen av LINACen.

Sara Thorin var en av de första att flytta upp till byggarbetsplatsen i nordöstra Lund, som på den tiden bestod av en blåsig leråker och ett antal baracker. Efterhand byggdes organisationen upp. Alltfler kvalificerade krafter anställdes och som projektledare hade Sara Thorin ansvar för samordningen av ett femtontal olika arbetsgrupper, med avgränsade arbetsuppgifter och med ett stort behov av fungerande kommunikation för att få allt att fungera.

– Ett problem var att de olika grupperna rent fysiskt fanns på olika platser och att det inte fanns några mötesrum uppe på byggarbetsplatsen. Och inte gick det några bussar heller, så det blev till att cykla. Vissa dagar kunde det bli flera turer fram och tillbaka mellan leråkern och det gamla MAX-lab på LTH-området, en sträcka på cirka tre kilometer med en ganska rejäl höjdskillnad, så det var inte bara hjärnan som fick träning.

MAX IV sedd från luften i juni 2015
MAX IV sedd från luften i juni 2015. Foto: Perry Nordeng.

Idag har byggarbetsplatsen bytt karaktär. De väldiga, futuristiskt inspirerade byggnaderna är på plats, med proportioner som är svåra att ta in. Leråkern har förvandlats till ett böljande landskap med spirande växtlighet och blänkande vattendrag. Men lugnet på utsidan bedrar. I själva verket sjuder dessa hus av noga kontrollerad aktivitet. Varje strålrör – det är där som försöken ska göras – innebär installation av flera ton utrustning i rostfritt stål, kilometervis av elledningar, och mängder av blixtsnabba datorer och hyperkänsliga mätinstrument. Än så länge är det ganska gott om plats i utrymmet mellan den stora ringen och ytterväggarna, men när allt är på plats kommer det att vara trångt om saligheten.

Snart kommer MAX IV-laboratoriet att sjuda av liv, men i den stora matsalen i kontorsbyggnaden ekar det ännu ganska tomt. Dagens fåtaliga besökare bjuds på en magnifik vy över Lunds nya jättesatsning, ESS, som redan kommit en bra bit på väg. Tillsammans med MAX IV kommer den att göra Lund till världens kanske hetaste plats för materialforskningen en lång tid framöver. I en helt annan del av huset ligger Sara Thorins tjänsterum, med utsikt över Ideonområdet. Men det är inte här hon tillbringar sina arbetsdagar. I kontrollrummet en bit bort genom korridoren pågår en koncentrerad verksamhet. Innanför dörren finns en panel med nödbrytare om något skulle gå fel. Längs väggarna står arbetsbord med stora skärmar, ordnade fyra och fyra, som visar olika förlopp och sekvenser i den stora anläggningen. En skärm visar en nästan perfekt rombformad elektronstråle i genomskärning. Ett tiotal operatörer och acceleratorfysiker samtalar lugnt. Då och då förflyttar de sig mellan skärmarna på sina hjulförsedda arbetsstolar. De samlas i grupp för att diskutera, tolka och kanske korrigera något som dykt upp på någons skärm. Det är så här den går till, driften av LINACen och igångsättningen av den stora lagringsringen. Nu är det på riktigt. Snart ska anläggningen vara i full drift, med experiment 24 timmar om dygnet. Sara Thorin rör sig vant i miljön. Det märks att hon har koll. Så kommer den oundvikliga frågan: Hon är en av mycket få kvinnor i acceleratorprojektet – hur är det att jobba med chefsansvar i denna totalt mansdominerade värld?

– Det stämmer att andelen kvinnor är väldigt låg, både här på MAX IV och inom fysiken i stort, men det håller lyckligtvis på att förändras. Bland annat finns det duktiga kvinnliga doktorander som är på väg upp. För min del har det inneburit både för- och nackdelar. Tidvis har jag nog fått kämpa lite hårdare för att bli tagen på allvar, men det är också lättare att bli ihågkommen, vilket inte är så dumt.

Vid sidan av forskningen och projektledarjobbet har Sara Thorin också hunnit med att få två barn.

– Det har tidvis varit tufft. Det går inte alltid att jobba på dagistider med ett projekt av den här typen När något händer måste man vara på plats, även om det är på obekväma tider. Men jag har världens bästa man och atmosfären inom MAX-projektet har alltid varit tillåtande. Jag har aldrig haft en känsla av att familjelivet varit i vägen. Snarare tvärtom – här finns en insikt om att hela och harmoniska människor presterar bättre och då är familjen en viktig del. Men jag ser fram emot en lite lugnare fas med mer tid med barnen, gärna ute i naturen. Det är med familjen jag kopplar av bäst.

Uppbyggnaden av MAX IV närmar sig sin slutfas. Den 21 juni 2016, dagen för sommarsolståndet, ska ljuset sättas i gång ”på riktigt”, med tydlig symbolik. Sara Thorin känner stolthet över att ha en central roll i ett projekt som kommer att möjliggöra nya, spännande upptäckter. Men hennes egen drivkraft finns i själva maskinen och uppgiften att få den att leverera exakt rätt ljus, med rätt koncentration, rätt våglängd och exakta pulser. Det är dock inget arbete som blir ”färdigt” i och med att MAX IV tas i bruk.

Sara i kontrollrummet på MAX IV.
Sara i kontrollrummet på MAX IV. Foto: Madeleine Schoug.

– Man kan väl säga att jag går in i en mer förvaltande fas, men det kommer fortfarande att finnas massor av utvecklingsarbete kvar att göra. Det kommer bland annat att handla om att skräddarsy pulserna för att ge de bästa resultaten i olika typer av undersökningar. Det är ett arbete som görs i nära samarbete med forskare från en rad olika områden och det ska bli mycket spännande. Jag hoppas dessutom kunna ägna lite mer tid åt att till exempel ta emot studiebesök. Att berätta för allmänheten om vad vi gör här är en viktig uppgift som inte får glömmas bort. Det är trots allt de som betalar för stora delar av vår verksamhet och det finns så mycket spännande att berätta.

Precis som de tidigare generationerna av MAX-lab är även MAX IV-laboratoriet förberett för nästa fas i utvecklingen av synkrotronljus. Men den här gången handlar det inte om att bygga någon ny jätteanläggning, utan om att ta den teknik som redan finns i huset ett steg vidare. Det man strävar efter är ett koherent ljus, ett superintensivt röntgenljus med våglängderna i perfekt fas och helt utan spridning. Ett ljus som gör det möjligt att se interferensmönster i det undersökta materialet och dra helt nya slutsatser. Grunden för detta är frielektronlasern som var ämnet för Sara Thorins doktorsavhandling och som en utvecklad och modifierad LINAC ska kunna leverera.

– Man kan säga att det är väl förberett, både tekniskt och kunskapsmässigt. MAX IV kommer nog att vara min drömarbetsplats ett bra tag till.

(*) GeV = Den energi som tillförs elektronerna mäts i GeV, gigaelektronvolt eller miljarder elektronvolt. Alla synkrotronljusacceleratorer arbetar inte på samma energinivå. Energinivåer på 6‒7 GeV är inte ovanliga vid stora anläggningar runt om i världen. Men utvecklingen av s k undulatorer och wigglers – som tvingar elektronerna att ”åka slalom” och producera intensiv strålning – har gjort det möjligt att få ut strålning med högre intensitet med mindre energitillförsel.

Text: Arne Berge.