Danmarks Fysik- og Kemilærerforening
Arrangementer

Studieturen til Lund

FK5 2017 9 1
Af Gitte Bailey Hass og Søren Kirchheiner.

Dette arrangement er støttet af Lindersdorfs Rejsefond

En tidlig morgen sidst i august mødtes en større flok forventningsfulde fysik/kemilærere fra hele landet i Kastrup Lufthavn. Afdelingen for København/Sjælland havde arrangeret en studietur til Lund i Sverige, hvor vi skulle besøge de to store forskningslaboratorier ESS og Max IV. Ud af de mange deltagere, der havde modtaget økonomisk tilskud til turen fra Lindersdorfs Rejsefond, blev det os, Søren og Gitte, som fik lov at skrive artiklen fra turen. Hvis du som læser ønsker at dykke yderligere ned i de teknologier, der anvendes ved ESS eller Max IV, er der lidt links til sidst i artiklen.

 

ESS

Første stop på turen var ESS (European Spallation Source). Opførelsen af ESS startede i 2014. Byggeriet er i fuld gang og forventes afsluttet i 2025. Alle indendørsarealer med kontorer, kantine o.ligno. lign er midlertidigt placeret i pavillioner. Også det lokale, hvor bl.a, professor Arno Hiess gav os et interessant oplæg om planerne med ESS og et historisk rids af spallation.

Når man beder Google om hjælp til at oversætte spallation, får man det danske ord afskalning. Altså at noget skaller af. På ESS sker det på den måde, at man slår neutroner af et tungt kildemateriale, i ESS´s tilfælde er det wolfram (tungsten).

Hvordan slås neutroner af wolframkilden?

Protoner accelereres op til noget nær lysets fart og arrangeres i “pakker”, eller moduler/ pulse. Der arbejdes med en frekvens af 14 pulse pr. sekund.
På ESS sker accelerationen og moduleringen i en lineær, ca. 600 m lang, superledende accelerator. Under rundvisningen udpegede Arno Hiess området, så vi tydeligt fik et indtryk af længde og placering.

FK5 2017 9 2Arno Hiess havde et fint billede på, hvor meget energi, der bæres af en sådan puls af højenergiprotoner: En enkelt puls er nok til at smelte et kilo is til vand. Den næste puls koger det. Imponerende!

Efter accellereringen accelerationen og pakningen skydes højenergi-protonerne ind i den helium-nedkølede wolfram-neutronkilde. Det slår neutroner af i flere retninger. Den derved opnåede “neutron-stråle” er altså ikke pæn og fokuseret. I stedet kan man tale om en neutron-spredning.

Fra wolframkilden ledes neutronerne via nogle reflektorer videre til de forskellige forskningsstationer. Se billedet herunder.

FK5 2017 9 3Billedkilde: Arno Hiess´ oplæg.

Ved at undersøge, hvordan neutronerne vekselvirker med det stof, man ønsker at analysere, kan man få andre oplysninger om stoffets indre, end hvis man anvender røntgen. For eksempel reagerer neutronen som en lille magnet, og kan derfor anvendes ved analyse af magnetisme på atomart niveau. Herunder ses tydeligt forskellen på billeder taget med hhv. røntgen og neutroner.
Nedenstående fotos kan tages fra PDF-filen af artiklen.

FK5 2017 9 10

Billedkilde: Arno Hiess´ oplæg.

Læs evt. mere om analyse vha. neutroner via links efter artiklen.

Hvad vil man kunne analysere på ESS? På de 15+1 forskningsstationer regner man med at kunne lave undersøgelser indenfor en meget bred vifte af naturvidenskabelige grene. Kemi, materialefysik, magnetisme, kernefysik, medicinalindustrien og arkæologien er bare nogle af de områder, der vil få adgang til ny viden med mulighederne på ESS.

MaxIV

Når elektronerne sendes afsted i MaxIV, bliver de accellereret op mod lysets fart i de særlige synkrotroner, hvor den største er på 3 GeV. Elektronerne bøjes rundt i den cirkulære bane af superkraftige elektromagneter. Denne afbøjning giver anledning til, at der dannes røntgenstråling.

FK5 2017 9 4

I lagerringen, der har en omkreds på 528 m, kan denne røntgenstråling ledes ud i beamlinjerne til de enkelte eksperimenter.

Hvad skal det så gøre godt for, kunne man meget fornuftigt spørge om – ja, det giver mulighed for at studere på nano- i stedet for mikroniveau.

I den forbindelse er det morsomt at tænke på, at når astronauter skal iagttage de store ting i universet, skal de anvende et relativt lille instrument, nemlig raketten, og forskeren, der skal kigge ind i det allermindste, har derimod brug for kæmpeværktøjer, som MaxIV.

Elektronerne skydes afsted og speedes op gennem en 300 m lang, lineær accelerator, hvorefter de styres ind i den cirkulære bane i en stråle så tynd som et hår. At beamet er så smalt er specielt for MaxIV og vil være medvirkende til at give forskning af meget høj kvalitet.

Som et kuriosum kan det nævnes, at når beamet har været undervejs i 12 timer, har det tilbagelagt en rejse, der er mere end 2 gange afstanden til Pluto.

Hvad kan forskerne bruge dette isenkram til? Det skal gøre os klogere på de ting, vi omgiver os med, da det bliver muligt at nærstudere stoffernes opbygning på nanoniveau – dvs. at vi kan blive klogere på cremers sammensætning, undersøge fremtidige brændstoffer, kigge på proteiner, undersøge virus og medicin til behandling heraf.

De 14 forsøgslinjer er brugerparate i 2017/18 og vil yderligere blive udbygget til 30 i 2026. Til den tid forventes det, at der udføres 2000 eksperimenter årligt på anlægget, hvor emner som overflade-, materiale-, halvleder-, atom- og molekylærfysik, kemi, biologi og medicin vil blive undersøgt.
FK5 2017 9 5
Den linie, der hedder DanMax kommer til at koste 100 mio kr, hvoraf 78 mio kr kommer fra Uddannelses- og Forskningsministeriet, Københavns Universitet, Århus Universitet, DTU, Region Hovedstaden og Region Midtjylland. Det giver danske forskere mulighed for forlods at anvende Danmax i 2500 timer årligt.
Idéen er, at både forskere og industrien skal anvende de to lagerringes synkrotronstråling, der spænder fra uv-stråling til røntgen til at undersøge og udvikle nye materialer, så deres styrke kan øges, deres holdbarhed forlænges og det bliver muligt at nedsætte energiforbruget ved fremstillingen for blot at nævne nogle af de muligheder, som ligger forude.

Det har under hele projekteringen af MaxIV været et mål at skåne miljøet mest muligt – og rent energimæssigt er det lykkedes at konstruere en accelerator, der bruger 1/10 af den energi de tidligere brugte pr. meter. Strålingsmæssigt er det lykkedes, at skærme således, at anlæggets bidrag holdes nede på 1 promille af den tilladte dosis. En særlig arkitektonisk udformning af det øverste jordlag i småbølger har gjort, at eventuelle rystelser fra den nærliggende motorvej bliver elimineret i den bugtede overflade.

FK5 2017 9 6
På tur i selve Lund.

Fire af os blev lidt længere i Lund og gik på opdagelse i Domkirken. Her beundrede vi det astronomiske ur og “hilste” på jætten Finn i kirkekrypten.

Jætten havde under byggeriet indgået et væddemål med en munk, men tabte dette og blev meget vred over nederlaget, hvorefter han gik ned til krypten, og tog fat i en pille for at rive kirken ned. Netop da blev han forvandlet til sten.

 FK5 2017 9 8

Flere ture?
Alt i alt en givende tur til det svenske. Stort fagligt udbytte. Til jer, der ikke nåede med på turen vil vi opfordre jer til at maile til Erland Andersen fra DFKF København/ Sjælland om, at I er interesserede i et lignende arrangement, så er vi sikre på, at han vil stable endnu et besøg i Lund på benene.

 

Noter og linksLinks til mere viden om ESS og MaxIV
ESS

1. europeanspallationsource.se

2. Beskrivelse af spallation…..

3. Acceleratoren

4. What do neutrons tell us?

5. Neutron-matter interaction kontra x-rays

6. Dansk om ESS (skal ikke med i Fysik kemi)

Max IV

7. MAxIV

8. Læs Dynamos temanummer om MAX IV

Domkirken

9. Uret i Lund

10. Jætten i Lund

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.