Se ASTRID 'nøgen'

Det er et stykke teknologisk Danmarkshistorie, der er ved at blive skabt i kælderen under Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet. Følg i den næste tid med i de sidste spændende faser i skabelsen af en af verdens mest brillante lyskilder.

I kælderen under Institut for Fysik og Astronomi bliver der i løbet af foråret lagt sidste hånd på selve konstruktionen af det, der bliver til en af verdens bedste og kraftigste partikelacceleratorer: ASTRID2.

Når ”hun” er fuldt funktionel i løbet af 2013, vil teknologien, der i forskerkredse kendes som synkrotronstråling, kunne bruges af forskere fra hele verden til at opnå ny viden, der spænder fra biologi over nanoteknologi til fundamental fysik ved studier af f.eks. biomolekyler og nye materialer.

Acceleratoren skal afløse den gamle ASTRID, der gennem 20 år har tiltrukket fysikere, biologer og læger fra hele verden, da teknologien på Aarhus Universitet har tilbudt den internationale videnskab en unik mulighed for at skabe fundamental forståelse og viden om de mindste bestanddele, vi består af.

Den nye accelerator vil kunne producere bedre og stærkere røntgenstråling, der vil sætte forskere i stand til at komme dybere ind i den mikroskopiske verden og se langt flere detaljer. ASTRID2 vil med andre ord komme til at ligge i den absolutte verdenselite, når anlægget tages i brug. Til den tid vil teknologien være skjult bag tonstunge betonkonstruktioner, der skal beskytte forskerne mod stråling.

Det er et uhyre kompliceret og omfattende arbejde at skabe en af verdens ultimative lyskilder, men centerleder, dr. Scient., Søren Pape Møller håber, at ringen sluttes indenfor den nærmeste fremtid, så man kan begynde at sende elektroner rundt i acceleratoren og at ASTRID2 vil være i stand til at accelerere elektronerne op til lysets hastighed i løbet af efteråret 2012.

Han inviterer i denne fotoreportage ned i kælderen, hvor anlægget stadig er under konstruktion for at vise rundt, mens acceleratorens mekanik endnu ligger nøgen for det blotte øje.

Klik på billederne for at se dem i større format.

Mød ASTRID2

ASTRID2 har en omkreds på 46 meter. Lige nu er anlægget ved at blive samlet.
Foto: Lars Kruse/AU Kommunikation

ASTRID2 acceleratoren har en omkreds på 46 meter og bruges i bund og grund som en lampe. Men hvor f.eks. en lommelygte virker ved at kaste lys tilbage til os, så vi kan se de ting, vi ellers ville ramle imod - så tager ASTRID2 konceptet ”lampe” til helt nye højder. ASTRID2 accelererer elektroner til lige under lysets hastighed, hvorved meget intenst kortbølget lys udsendes: Fra hovedrøret bøjes elektronerne ved hjælp af særdeles stærke magneter. Hver gang elektronstrålen afbøjes ved de ekstreme hastigheder, vil der blive udsendt røntgenstråling, der kan ledes fra selve anlægget og ud mod et forsøg.

Når den stråling rammer forsøgsemnet, slås der andre partikler af overfladen, der bliver registreret af forskellige sensorer. Det er disse partikler, der giver  information om emnets atomare sammensætning og struktur.

Over 100 magneter

Der er over et hundrede magneter sat op på anlægget. Disse bruges til at kontrollere elektronstrålingen, så den kan skabe det stærke lys, der skal bruges af forskerne.
Foto: Lars Kruse/AU Kommunikation

Acceleratoren fungerer ved at benytte elektriske og magnetiske felter til at manipulere elektronerne inde i røret. Hele vejen rundt er der sat omkring 100 magneter op, der hver især kan påvirke elektronstrømmen på forskellige måder: Nogle bruges til at bøje elektronerne rundt i hjørnerne medens andre fokuserer og koncentrerer elektronernes tæthed i røret. Tilsammen skaber magneterne mulighed for, at ASTRID2 bliver en af de mest brillante lyskilder i verden! Når ASTRID2 kører, samles elektronerne i bundter, der accelereres op til tæt på lysets hastighed med elektriske felter. Fra hver af bundterne kan man trække røntgenstråling ud mod en forsøgsopstilling – bl.a. fra en afbøjningsmagnet, som den der ses her på billedet.

Se det ske i denne animation

Der er ikke noget, som at se det ske. Denne lille tegnefilm viser, hvordan gamle ASTRID fungerer.

ASTRID2 virker på den samme måde, og de to acceleratorer vil i fremtiden kobles sammen til et stort anlæg.

I filmen kan man følge elektronerne (de røde pletter) på hele deres vej fra accelerationen til der, hvor magneterne ’vrider’ røntgenstrålingen ud mod forsøgsemnet. Der er ikke lyd på klippet, der varer 1:06.

Håndlavede komponenter

Et stort antal af komponenterne, som den særlige pakning her på billedet, er designet af forskerne selv.
Foto: Lars Kruse/AU Kommunikation

Et stort antal af komponenterne, som den her på billedet, er designet af forskerne selv. Som man siger hernede med et lunt blik i øjet, ”så er det jo ikke noget, man lige kan købe ind til i et ethvert byggemarked.” For eksempel er det helt essentielt, at ASTRID2’s rør holdes under konstant vakuum. Derfor er der hele vejen rundt blevet brugt særligt fremstillede pakninger og forseglinger. Hvis der ikke var vakuum, ville de elektroner man forsøger at accelerere op til lysets hastighed, ramme luftmolekyler inde i røret, og de ville derved bremses op.

Tonstung indpakning

Når ASTRID2 tages i brug, vil der dannes ioniserende stråling fra acceleratorens elektroner. Derfor placeres der flere hundrede tons beton hele vejen rundt om anlægget. Det vil dog stadig være muligt at opholde sig indenfor betonafskærmningen, når anlægget ikke er i brug. ASTRID2’s tonstunge ’balkjole’ består af særligt fremstillede klodser, der hver vejer et ton. De er konstrueret, så de kan stables tæt ovenpå hinanden. Når man er færdig med dette skridt i arbejdet, vil ASTRID2's mekaniske dele ikke kunne ses mere.

ASTRID2 indhyldes i en mange hundrede tons tung beton konstruktion for at beskytte brugerne mod stråling fra accelertoren. Konstruktionen er specalfremstillet og består af hundredevis af beton-klodser, de kan stables oven på hinanden.
Foto: Lars Kruse/AU Kommunikation
Foto: Lars Kruse/AU Kommunikation

Balancegang mellem kold og varm

For at holde acceleratorrøret fri for luftmolekyler, skal hele systemet til at begynde med opvarmes op til 200 grader celsius. De store strømme i magneterne genererer også varme. Derfor er ASTRID2 besmykket med sirligt placerede kølevandsledninger.

For at holde acceleratorrøret fri for luftmolekyler, skal hele systemet til at begynde med opvarmes op til 200 grader celsius. De store strømme i magneterne genererer også varme. Derfor er ASTRID2 besmykket med sirligt placerede kølevandsledninger.
Foto: Lars Kruse/AU Kommunikation
Foto: Lars Kruse/Au Kommunikation
Mere end 40 medarbejdere fra Institut for Fysik og Astronomi har været i gang med at lave dele til accelertoren og samle hele konstruktionen de sidste år. Det hele begyndte i 2009, da Videnskabsministeriet gav 37 millioner kroner til at etablere det ny an
Foto: Lars Kruse/Au Kommunikation

Flere års intenst arbejde

ASTRID2 består af mange tusinde dele. Alt fra  kilometervis af kabler og ledninger til tonstunge betonklodser, fra ekstremt kraftige magneter til særlige vakuumpakninger, der skal holde acceleratoren hermetisk tæt.

Meget er designet og bygget af instituttets medarbejdere.  Niels Hertel (th) og Henrik Juul (tv) er to af de omtrent 40 medarbejdere fra Aarhus Universitet, der har arbejdet intenst med konstruktionen af ASTRID2 i løbet af de sidste år.

Arbejdet begyndte i 2009, da Videnskabsministeriet bevilgede 37 millioner kroner til det nye anlæg. Når anlægget står færdigt på Aarhus Universitet, vil den samlede pris for ASTRID2 være på over 50 millioner kroner.