Historia

Carl XVI Gustaf at the inauguration of MAX-lab 1085.
Carl XVI Gustaf vid invigningen av MAX II 1995.

MAX IV är Sveriges största och mest ambitiösa satsning på forskningsinfrastruktur och är världens ljusstarkaste synkrotronljusanläggning sedan den invigdes i juni 2016. MAX IV-laboratoriet har vuxit fram inom Lunds universitet, mitt i Lunds tekniska högskolas campus med start redan år 1962 då den första elektronacceleratorn, LUSY, byggdes och sedan genom bygget av MAX I 1987, MAX II 1995 och MAX III 2007.

Denna långa gemensamma historia gagnar både MAX IV-laboratoriet och Lunds universitet. Vi drar nytta av den kunskap och kapacitet som finns inom universitetet och universitetet kommer självklart att dra nytta av att vara det lärosäte som ligger allra närmast denna världsunika anläggning. Anledningen till att den nya anläggningen byggs ute vid Brunnshög, norr om Lund, är att vi behöver mer utrymme. Vår tidigare största lagringsring, MAX II, var 96 meter i omkrets. MAX IV är 528 meter i omkrets, lika stor som Colosseum.

Framtid

När man sätter världsrekord, som MAX IV är på väg att göra, är man bäst men andra kommer så klart att försöka jaga ikapp. Vi kommer att fortsätta vårt arbete för att behålla ledningen. Därför jobbar vi redan på framtida projekt. Fyra nya strålrör kommer att säkerställa att vi ligger i framkant inom biomedicinsk avbildning (MedMAX), inom läkemedelsforskning (MicroMAX), och inom utveckling av material av så vitt skilda slg som cement, trä, katalys m.fl. (iMAX och DiffMAX).

Utöver detta arbetar vi med ny teknik som kommer att innebära en fortsatt världsledande position i ytterligare drygt tjugo år, den så kallade frielektronlasern (FEL). Här skulle vi kunna kombinera den ledande position som Lund Laser Centre har inom optisk laser med vår kunskap om acceleratorer. Tillsammans skulle vi kunna bygga och driva en röntgenlaser som kan filma kemiska reaktioner och undersöka olika faser av material på ett sätt som än så länge bara existerar i våra fantasier. Det är en lång väg dit och det återstår att se om det kan finansieras och byggas. Men vi arbetar helhjärtat för att Sverige ska behålla ledningen när det gäller materialforskning med hjälp av röntgen.

Kostnader

MAX IV-laboratoriet är sedan den 1 juli 2010 en nationell forskningsanläggning, gemensamt finansierad av skattebetalarna via Vetenskapsrådet och Vinnova samt av Lunds universitet och Region Skåne. Dessa parter är ägare till anläggningen och har finansieringsansvar för MAX IV-laboratoriet. I december 2013 beslutade Vetenskapsrådet och Lunds universitet om driftsanslag för laboratoriet fram till och med 2018 helt i enlighet med den strategirapport som skickades in som underlag för beslutet.

Fastigheterna kostade lite drygt 1,8 miljarder kronor att bygga och den investeringen har gjorts av Fastighets AB ML4 som äger fastigheten och hyr ut den till Lunds universitet. Linjäracceleratorn, de två lagringsringarna och laboratorieutrymmen kostade cirka 1,3 miljarder kronor att bygga och installera.

Strålrören, de delar av anläggningen där forskningen utförs, kostar mellan 90 och 150 miljoner kronor styck, beroende på vilken slags forskning de skall användas till. Vi kommer att ha plats för 26‒28 olika strålrör och 14 av dessa är redan finansierade genom bidrag från Vetenskapsrådet, Knut och Alice Wallenbergs stiftelse, Lunds universitet, Chalmers, Göteborgs universitet, Karlstads universitet, Karolinska Institutet, KTH, Linköpings universitet, Luleå tekniska universitet, Stockholms universitet, SLU, Umeå universitet och Uppsala universitet.

Här ser vi också de första internationella satsningarna: cirka 3,5 miljoner euro för ett finsk-estniskt strålrör, och även cirka 35 miljoner danska kronor för ett danskt strålrör. Strålrören utformas och byggs under flera år. Detta för att kunna ta hänsyn till den tekniska utvecklingen och på så vis kunna möta de nya krav som forskningssamhället ställer.

För att kunna utnyttja den fulla potentialen av denna världsledande forskningsanläggning kommer ytterligare investeringar att krävas. Det är upp till svenska staten att besluta hur långt man vill sträcka sig och det är sannolikt att en stor del av de tillkommande investeringarna kommer att behöva komma från andra länder än Sverige.

Forskarna

20160302 Lund , Photos from MAX IV | MAX IV Laboratory Photographer: Johan Bävman Client: Lunds Universitet
Anders Mikkelsen (t v) och Ulf Johansson (t h) justerar en del av den utrustning som finns i den så kallade optik-hutchen till ett av våra strålrör.

MAX IV-laboratoriet är världens mest ljusstarka synkrotronljusanläggning sedan den togs i drift 2016. Vi hoppas självklart att världens bästa forskare därför ska vilja komma till oss och utföra sina experiment här i Sverige. Det kompetenstillskott som detta ger upphov till är mycket positivt för svenska forskare.

För forskare är anläggningen och strålrören som används självklart viktiga. Men ännu viktigare är möjligheten att få träffa och arbeta tillsammans med de skarpaste hjärnorna i världen inom sina respektive områden. Den möjligheten får svenska forskare genom MAX IV-laboratoriet. Vid den tidigare anläggningen tog vi emot cirka 1 000 forskare per år. Tack vare den betydligt högre kvaliteten på ljuset som vi nu erbjuder, och den därav följande mer effektivt utnyttjade stråltiden samt de 26‒28 olika strålrören vid full utbyggnad, kommer vi att kunna ta emot 2 000, kanske till och med uppemot 3 000, forskare per år.

Det är MAX IV-laboratoriets ledning, tillsammans med representanter för ägarna, som beslutar om reglerna för tilldelning av stråltid. I de diskussioner som förts mellan Sverige och andra länder har det varit tydligt att det kommer att finnas ett samband mellan finansieringen och användandet av MAX IV-laboratoriet, så det finns ingen som helst risk att svenska användare blir utan stråltid.

Forskningen

Med den nya synkrotronljuskällan får vetenskapen ett nytt kraftfullt verktyg. Precis som vid den tidigare anläggningen finns det industriella intressen i MAX IV och då handlar det om tillämpad och målinriktad forskning. Men mycket av den rena grundforskningen kan också ge oss nyttigheter som i dag är svåra att förutse. Det är ingen tvekan om att synkrotronljuset har betytt och kommer att betyda mycket för materialvetenskaperna, liksom för bioteknik och medicin. Det kommer också att hjälpa oss att besvara ödesfrågor kring energi och miljö.

MATERIALVETENSKAP

Med MAX II:s röntgenblick skådade vi in i mikrovärlden. MAX IV för oss in i en nanovärld där vi kan studera material, molekyl för molekyl, atom för atom. På den nivån upptäcker man märkliga strukturer som nanotuber, fullerener och nanotrådar med nya överraskande egenskaper. Ytor med speciella egenskaper kan ge oss känsligare sensorer och effektivare katalysatorer. Nya material kommer att revolutionera batterier, solceller, lysdioder, bildskärmar, datorer och mobiltelefoner.

Ett exempel är forskningen om grafen, som ledde till 2010 års nobelpris i fysik. Det är den tunnaste och starkaste formen av kol vi känner till och den är bland annat en intressant halvledare. Ett par svenska och åtskilliga utländska forskargrupper har sedan länge kommit till MAX II för att utföra experiment med grafen. Något som inte var möjligt i den gamla anläggningen, men som blir det i MAX IV är att följa blixtsnabba kemiska processer i realtid. Detta kommer att ske i ett särskilt pulslaboratorium där extremt korta blixtar av röntgenljus skapar bildserier av sådana förlopp. Detta kan till exempel lära oss mer om hur växter omvandlar solljus till energi och kanske leda till en ny form av energiproduktion: konstgjord fotosyntes.

MILJÖRELATERAD FORSKNING

Undersökningar av vissa material kan vara betydelsefulla för miljöteknikens utveckling. Exempelvis undersöker man med synkrotronljus egenskaperna hos bentonitleror med tanke på säker slutförvaring av kärnkraftsavfall. Leror kan också användas för vattenrening; man har med lundensiskt synkrotronljus undersökt vissa afrikanska leror med just detta i åtanke.

Andra forskare försöker förbättra materialen i bränsleceller, för att eventuellt skapa ett miljövänligt sätt att producera energi i framtiden. Samtidigt pågår grundforskning som kan innehålla viktiga rön för att förstå vad som händer med vår jord och vårt klimat. Vatten är basen för allt liv på jorden, men vet vi verkligen allt som är värt att veta om ”bara vanligt vatten”? Med ny teknik kan man undersöka extremt tunna skikt av vattenytor. En bättre förståelse av dynamiken mellan hav, luft och moln kan ge oss nya viktiga insikter om jordens klimatsystem och hur dessa förändras.

Ett annat område där vår kunskap om jordens klimatsystem behöver förbättras är den roll som luftburna partiklar spelar. Partiklarna har en kylande effekt och motverkar således den globala uppvärmningen. Norska kemister har vid MAX II undersökt hur nanometerstora droppar av fruset svaveldioxid – som produceras i samband med vulkanutbrott – beter sig i atmosfären.

BIOTEKNIK OCH MEDICIN

För några år sedan undersöktes en antikropp vid en av MAX II:s experimentstationer. Detta gav upphov till en nyhet som väckte uppseende i den vetenskapliga världen, eftersom antikroppen i fråga kan vara den tändande gnistan vid autoimmuna sjukdomar såsom reumatism. Den metod som används för att strukturbestämma dessa stora molekyler kallas röntgendiffraktion. Man kristalliserar proteinet och låter röntgenstrålning brytas genom kristallen. Men det har varit en mycket tidsödande process som revolutionerats tack vare ökad datorkraft och intensiva synkrotronljuskällor. Bestämningar av proteiner som denna kommer att kunna göras ännu snabbare vid MAX IV.

Stråltid kostar pengar. Snabba analyser är viktiga för ett läkemedelsföretag som systematiskt söker efter en aktiv substans och som samtidigt kanske vill strukturbestämma kristalliserade proteiner. Ett av vår tids största medicinska problem, och en högaktuell fråga just nu, är spridningen av antibiotikaresistenta bakterier. Strukturbestämningar med synkrotronljus kan leda till nya och effektivare antibiotika.

ÖVERRASKNINGARNA

En vis lundensare – Falstaff Fakir – har sagt: ”Det är svårt att sia. I synnerhet om framtiden”. Eftersom synktronljusanläggningar är så generella forskningsverktyg händer det att de tillämpas på ett sätt som kan överraska en lekman. Helt säkert kommer MAX IV att bjuda på sådana oväntade tillämpningar.

Ett exempel från MAX II är undersökningarna av träflisor från regalskeppet Vasa. Det har lett till större insikter om vilka nedbrytningsprocesser som pågår i det bärgade skeppet och om praktiska åtgärder för att förebygga dem.

solceller
På kontorsbyggnadens tak är solceller installerade som bidrar till ett miljövänligt MAX IV.

MILJÖ OCH ENERGI

De unika tekniker vi använder vid MAX IV har utvecklats av professor Mikael Eriksson och hans medarbetare sedan mitten av 1980-talet och kopieras idag av synkrotronljusanläggningar över hela världen. MAX IV är tack vare dessa tekniker ett mycket kostnadseffektivt projekt. Vi har också lagt oss vinn om att effektivisera själva driften av anläggningen. Den nya acceleratorn använder till exempel tio gånger mindre energi per meter än vår tidigare accelerator. Så trots att den nya är fem gånger längre kommer vi bara att använda hälften av den energi vi använder idag.

Detta är viktigt inte bara för att vi har en skyldighet att hushålla med resurser och miljö men också för att vi lägger ungefär tio procent av vår budget på energi. Om vi använder mindre pengar för att köpa el kan vi lägga mer pengar på forskning. Och det är vårt uppdrag.

Det ska tilläggas att vi, tillsammans med arkitekterna och byggherren, verkligen har ansträngt oss för att göra både byggnaderna och processerna så energieffektiva och miljövänliga som möjligt. Det innebär till exempel att den värme som våra processer alstrar tillförs Lunds kommuns fjärrvärmesystem. Vi sparar pengar genom att vi slipper betala för nerkylning och istället kan sälja varmvatten. Vi har också närvarostyrd ventilation och LED-belysning i stora delar av anläggningen, sedumtak på den stora ringen för att fördröja avrinningen av regnvatten samt solceller på taket till kontorsbyggnaden.

När elektronerna accelereras i linjäracceleratorn i tunneln under markytan på MAX IV-anläggningen avger de viss radioaktiv strålning. Därför får personalen inte vara inne i tunneln precis när linjäracceleratorn är igång. Vi producerar också aktiverat material huvudsakligen i den så kallade stråldumpen (området dit vi leder elektronerna när de ”jobbat” färdigt). Det rör sig om ungefär 100 kg material och det behöver förvaras några tiotals år innan det kan återanvändas. Den genomsnittliga stråldosen för personer som lever i Sverige, den så kallade bakgrundsstrålningen, är cirka 5 mSv (millisievert) per år. Vid tomtgränsen beräknas MAX IV-anläggningen ge ett tillskott på maximalt en (1) promille av detta.

Eftersom MAX IV kommer att producera extremt lågemitterande (supersmala och superfokuserade) elektronstrålar som i sin tur producerar extremt lågemitterande ljusstrålar ut i strålrören ställs mycket höga krav på att allt runt omkring står still. Därför har det lagts otroligt mycket tankemöda och yrkesskicklighet på att utforma och konstruera en stabil grund för fastigheterna. Den kompetens som detta arbete har krävt har tillfört entreprenören Peab enormt mycket nytt kunnande som de självklart kan dra nytta av i kommande upphandlingar och arbeten.

Även våra medarbetare spetsar sin kompetens bland annat genom inställningen av den 300 meter långa linjäracceleratorn som måste vara ytterligt exakt för att elektronstrålen inuti ska ha optimal kvalitet när den når fram till lagringsringarna. Därför måste till och med jordens krökning beaktas. Den ger en skillnad i höjdled på 7,1 millimeter från start till slut i tunneln vilket installatörerna alltså måste kompensera för.

Valet att placera MAX IV där det nu ligger gjordes efter en samlad bedömning av alla risker och möjligheter. Närheten till Lunds universitets samlade kompetens, andra universitet och den internationella flygplatsen i Danmark som man når via Öresundsbron, kopplingen till ESS, samt inte minst den erfarenhet av synkrotronljusforskning och synkrotronljusutveckling som finns här gör att Lund är en helt naturlig plats för en världsunik svensk synkrotronljusanläggning.