Världens största linjär-accelerator och neutron-mikroskop växer fram i Lund och gör det möjligt att se djupare i materia än tidigare – till och med urskilja enstaka atomer. Forskningen spås leda till allt från biomolekyler för nya läkemedel till skräddarsydda super-material. FREIA-laboratoriet vid Uppsala universitet spelar en viktig roll, berättar Lars Hermanson, som är site manager, fysiker och forskningsingenjör vid FREIA-laboratoriet.

FREIA-laboratoriet.
Superprojektet för djupare insikter.

”Välkommen till FREIA. Har ni fått kaffe?” Det är Lars Hermansons öppningsreplik. Lars är site manager, fysiker och forskningsingenjör vid FREIA-laboratoriet. Han börjar berätta om ett fascinerande supraledande superprojekt med tusentals ledande forskare inblandade.

Berättelsen innehåller några återkommande begrepp. Det handlar om banbrytande grundforskning, extremt låga temperaturer, höga effekter och inte minst ESS i Lund. Det är uppenbart att Lars och hans kollegor på FREIA-laboratoriet är en del av något stort där Lund har huvudrollen. Så låt oss börja i Skåne och se vad som händer där.

Acceleratorteknologin är hetare än någonsin. Det sameuropeiska ESS-projektet bygger just nu en 452 meter lång supraledande linjäraccelerator som blir världens mest kraftfulla neutronmikroskop. I projektet kommer det forskas om materialvetenskap, strukturkemi, biologi och geofysik.

Ser enskilda atomer

I ett vanligt ljusmikroskop går det inte att se strukturer mindre än 200 nanometer i storlek. Elektronmikroskopet kan förstora objekt miljontals gånger, men tekniken har begränsningar. Det är främst ytor som kan studeras och metoden skadar dessutom organiskt material som undersöks.

Med en våglängd på 0,1 nanometer och hög effekt kommer neutronmikroskopet i Lund göra det möjligt att se mer detaljerat och djupare in i materia än någonsin tidigare. Upplösningen sträcker sig ned på atom- och molekylnivå.

Neutroner gör jobbet

Med hjälp av hundratals accelerationsstrukturer i linjäracceleratorn, däribland 28 supraledande så kallade spokekaviteter (spoke = eker), accelereras protoner till närmare ljusets hastighet. Med våldsam kraft kolliderar den högintensiva protonstrålen med atomkärnor i en volframskiva. Det är nu som de eftertraktade neutronerna frigörs och leds till stationer som genomlyser det material som ska undersökas och ger information om dess uppbyggnad och funktion.

Eftersom neutronerna är oladdade och har låg energi förblir det undersökta materialet oskadat.

Lång tradition av acceleratorteknik

De supraledande spokekaviteterna är extremt kraftfulla och en kritisk komponent i ESS-projektet. Och det är här FREIA-laboratoriet kommer in i bilden.

Medan vi rör oss in i det 1 000 m2 stora laboratoriet som är fullpackat med apparater och spännande teknik, berättar Lars om FREIAs roll.

– FREIA är en spin-off av Uppsala universitets långa tradition och kompetens kring acceleratorteknik. Vi ansvarar för tester av de supraledande kaviteterna och verifierar att de uppfyller alla specifikationer. Vi kommer även utveckla högeffektförstärkarna och se hur man bäst ska styra ut de höga effekter som krävs.

Nästan så kallt det kan bli

Provningen av kaviteterna sker i dess rätta miljö. De placeras parvis i en liggande kryostat som sätts under vakuum och kyls med flytande helium till 1,8 K (-271,4 °C).

För att kunna börja med de inledande testerna har man lånat in en rörbestyckad förstärkare från CERN i Schweiz. Det är rörförstärkare som fungerar bäst när det kommer till höga frekvenser och effekter. Utvecklingen går dock mot transistorförstärkare som har snabbare uppstart, högre driftsäkerhet och en enklare konstruktion överlag.

– Även vi försöker bli moderna och kliva in i halvledarvärlden, säger Lars och skrattar. Det är en bit kvar innan vi kan släppa de gamla vakuumrören. I dag klarar halvledarna effekter på runt 1 kW, men vi behöver komma upp på MW-nivå för ESS-projektet.

Plats för fler extrema projekt

Kombinationen av höga frekvenser och stora effekter genererar röntgenstrålning, som kräver ett effektivt strålskydd.

– Vi har skapat en flexibilitet genom att använda 80 cm tjocka block av järnmalmsbetong som kan flyttas och byggas i olika former med hjälp av traversen i den 7 meter höga hallen. Lite som byggklossar faktiskt.

FREIA är en perfekt facilitet när det kommer till extrema projekt som kräver strålskydd, höga effekter och temperaturer ned mot den absoluta nollpunkten. Här finns alla viktiga installationer för kraft, kyla och media på plats. Och i mån av plats är även andra projekt välkomna.