Till innehåll på sidan

En forskningsanläggning med superkrafter

– realtidsbaserad röntgensyn för materialvetenskap

1: a katodiska bågexposition i en synkrotronhylsa
Röntgenstrålar med hög energi avslöjar materialens hemligheter. Foto: Jens Birch
Publicerad 2021-02-10

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 på djupet 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.

Denise McCluskey
Denise McCluskey, operativ föreståndare på CeXS.

– 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 bearbetas eller används, och därmed kan man göra bättre förutsägelser.

Det här typen av mätningar är möjliga tack vare röntgenstrålar med mycket hög energi som 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

Petra III från luften.
Flygbild av PETRA III, vid DESY i Hamburg, Tyskland.

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 för att förvalta Sveriges investering.

– Vi ser till att människor 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

Hall Ada Yonath
Ada Yonath korridoren innan strålrören byggts. Foto: Jens Birch.

Som en nationell infrastruktur och värd för PETRA III och SMS har CeXS roll fortsatt att växa sedan starten 2019. De samordnar utvecklingen av forskningsområdet i Sverige, deltar i den övergripande utvecklingen av PETRA III, utbildar och skapar förutsättningar för dialog.

– Ingen kan göra de här sakerna på egen hand. Men eftersom vi lyckades föra samman alla dessa aktörer har Sverige fått en betydande röst på PETRA III och SMS.

Utbildning i mättekniker

Den största utmaningen för Denise McCluskey och CeXS är att röntgenmätningar med hög energi 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.

Lina stänger
Forskare vid en av de båda mätstationerna vid SMS. Foto: Jens Birch.

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 människor kan drunkna i den i ett och ett halvt år innan de får resultat och kan publicera det. I framtiden kommer resultaten bli ännu mer komplicerade, men processen kan åtminstone effektiviseras.

Text: Alexandra von Kern

Centrumfakta

Ulrich Lienert
Ulrich Lienert, föreståndare för det svenska strålröret. Foto: Jens Birch.
Jens BIrch i in situ kammare.
Styrelserodförande Jens Birch i en InSitu kammare. Foto: Jens Birch.

Centrumtyp: KTH resurscenter, också en nationell infrastruktur utsedd av Vetenskapsrådet.

Grundat: 2019

Partners: KTH, Linköpins universitet (LiU)

Finansiering: Vetenskapsrådet (VR)

Föreståndare och vice föreståndare: Peter Hedström (KTH) och Fredrik Eriksson (Linköpins universitet).

Styrelseordförande: Jens Birch (Linköpings universitet)

Styrelse: Medlemmar from DESY (Deutsches Elektronen Synchrotron), MAX IV, LiU och KTH.

Tillgänglig infrastruktur: Genom avtalet med DESY har Sverige 5300 timmars priviligerad åtkomst till hela PETRA III-anläggningen, och speciellt till SMS för materialvetenskaplig forskning.

Forskarsamhälle: Materialforskare vid svenska universitet, institut och industrier, forskare vid strålrör.

www.cexs.kth.se

Innehållsansvarig:infomaster@itm.kth.se
Tillhör: Skolan för industriell teknik och management (ITM)
Senast ändrad: 2021-02-10