En forskningsanläggning med superkrafter
– realtidsbaserad röntgensyn för materialvetenskap
Tänk om det var möjligt att mäta vad som händer med molekyler när de reagerar djupt inuti material. Att se vad som händer inuti stål när det tillverkas, batterier när de laddas och urladdas, och verktyg när de skär metall. Uttalat som ”success”, agerar centrumet CeXS svensk värd för en av de mest kraftfulla högenergiröntgen-källorna i världen – PETRA III i Hamburg.
– All hållbar energiteknik är beroende av material. Elkraftsystem, transport, industriprocesser – alla kräver sofistikerade material med robust prestanda. När vi förstår hur material beter sig ”in-depth” kan vi använda den kunskapen för att designa dem bättre, säger Denise McCluskey, operativ föreståndare för Center for X-rays in Swedish Materials Science (CeXS).
Denise McCluskey berättar att forskning med röntgenbaserade mätningar är en del av ”trial and error”-processen för material- och komponentdesign.
– Man vet kanske att det finns ett problem, men inte vad som orsakar det. Med röntgenstrålar går det att se vad som händer i material samtidigt som de tillverkas eller används, och därmed kan man göra bättre förutsägelser.
Mätningar av det här slaget är möjliga tack vare röntgenstrålar med mycket hög energi och ljusstyrka. Sådana produceras av synkrotronen PETRA III, som drivs av Deutsches Elektronen Synchrotron (DESY) i Hamburg.
Denise McCluskey ger kortversionen av hur det hela fungerar:
– I en stor, ringformad accelerator färdas elektroner runt i hög hastighet. När deras bana böjs avger elektronerna röntgenstrålar. Runt acceleratorn finns forskningsstationer utplacerade. De kallas ”strålrör” och fångar röntgenstrålarna och riktar dem så att de kan tränga igenom alla slags material. I princip fångas sedan en mikroskopisk videobild som visar materialstrukturer och processer inuti materialet i realtid.
Ett svenskt strålrör
Ett av strålrören vid Petra III är byggt och bekostat av den svenska staten. Det går under namnet ”The Swedish Materials Science beamline” eller kort och gott ”SMS”.
– Vetenskapsrådet etablerade CeXS som akademisk värd för att förvalta Sveriges investering. Vi ser till att forskare och forskningsingenjörer får veta att möjligheten finns, att åtkomsten är rättvis och transparent och att det svenska forskarsamhället får den tillgång som Sverige har betalat för, säger Denise McCluskey.
CeXS har fortsatt växa sedan starten 2019. Centrumet samordnar forskningsområdet i Sverige, deltar i utvecklingen av PETRA III och utbildar användare.
– Ingen kan göra de här sakerna på egen hand. Men eftersom vi lyckades föra samman många olika aktörer inom området har Sverige fått en betydande röst på PETRA III och SMS.
Utbildning i mättekniker
Den största utmaningen för CeXS är att den här typen av röntgenmätningar är väldigt komplicerad vetenskap.
– Du måste behärska inte bara ditt forskningsområde utan även mättekniker i både teorin och praktiken. Du måste kunna tillräckligt för att fråga om rätt saker och formulera rätt forskningsproblem, säger Denise McCluskey.
Inom en snar framtid kommer CeXS att ordna utbildningar och workshops vid strålröret med möjlighet att prova mätningar och dataanalys. Att stärka användarperspektivet är också prioriterat.
– Stora anläggningar som PETRA III och MAX IV byggs av forskare som sysslar med mätningstekniker. Användarna har ett annat kompetensområde. Målet är att få alla att diskutera gemensamma frågor.
Genom ett hav av data
För att blicka framåt berättar Denise McCluskey att dataanalysen måste bli lättare att göra. Hon talar också om vikten av att kunna få resultaten snabbare.
– Det kan bli så mycket data att forskarna kan drunkna i den under lång tid innan de får resultat och kan publicera eller använda det. I framtiden kommer resultaten bli ännu mer komplicerade, men processen kan åtminstone effektiviseras.
Text: Alexandra von Kern
