12 min

MAX IV – maximal briljans ger kunskap om materialens innersta

I nordvästra Lund ligger ett silvrigt rymdskepp parkerat på fälten. Det är den nya materialforskningsanläggningen MAX IV. Efter år av byggarbete och intrimning kan nu forskare analysera material på atomnivå tack vare några av världens starkaste synkrotronljusstrålar.

MAX IV är ett svenskt nationellt laboratorium för forskning med synkrotronljus inom exempelvis materialvetenskap, bioteknik, nanovetenskap, miljövetenskap och  kärnfysik.

Lunds universitet är värduniversitet.

Namnet MAX är en förkortning av Microtron Accelerator for X-rays.

Hela anläggningen beräknas uppta cirka 50 000 kvadratmeter. 

Konstruktionen har finansierats av Vetenskapsrådet, Vinnova, Lunds universitet och Region Skåne.

Driften finansieras i huvudsak av Vetenskapsrådet och svenska universitet.

Varje strålrör kostar mellan 90 och 150 miljoner kronor att bygga. Den finansieringen kommer från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Vetenskapsrådet, svenska universitet och från näringslivet.

Sedan MAX-laboratoriet startade i slutet av 80-talet har Stiftelsen totalt bidragit med över en miljard kronor. Det senaste anslaget avser strålrör.

MAX IV:s hemsida

Omkring MAX IV böljar marken svagt, i låga kullar som ska skydda från vibrationerna från E22. Anläggningen domineras av en cirkelformad byggnad stor som Colosseum, med en omkrets på 528 meter. Därinne finns den så kallade lagringsringen där elektroner kretsar med en hastighet nära ljusets. Magneter böjer deras bana vilket får dem att ge ifrån sig ljus med hög energi; synkrotronljus. Ljuset leds genom strålrör till experimentstationer, och används för att analysera material på en mängd områden. Strålarna i MAX IV har högre briljans än i någon tidigare forskningsanläggning, vilket betyder att de har ett starkare, mer fokuserat ljus.

– Visionen om att skapa en så intensiv synkrotronljuskälla fanns på fler platser i världen, men det var MAX IV som tog risken och gick först. När andra såg att det fungerade växte intresset för de unika möjligheterna här och för att investera. Nu har vi finansiering för sexton strålrör, att jämföra med de sju som planerades från första början. Det tycker jag är helt fantastiskt, säger Ian McNulty, direktör för MAX IV.

MAX IV är en svensk nationell anläggning med Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse som en av de större finansiärerna. Här möts fysiker, biologer, miljöforskare, arkeologer, kemister, biokemister, konstvetare, paleontologer och många fler. Vid varje strålrör finns en handfull anställda som är experter på utrustningen och forskningsmetoderna. Forskare från hela världen kan skicka in ansökningar om att få göra experiment, och en extern, internationell expertgrupp väljer ut vilka som ska få stråltid. Den som ska publicera sina resultat offentligt använder MAX IV utan kostnad, oavsett om den gör sitt projekt inom akademin eller industrin. Bara den som vill hålla resultaten hemliga behöver betala för användningen.

Precisionen både tillgång och utmaning

Vid Bloch-röret, uppkallat efter nobelpristagaren Felix Bloch, arbetar Lars Johansson, professor i materialfysik vid Karlstads universitet. Hans grupp studerar kvantmekaniska effekter i extremt tunna metallytor på halvledare. Grundforskning, men av stort intresse för halvledarindustrin som behöver ta hänsyn till kvantmekanik när de tillverkar allt mindre elektroniska komponenter.

Just i dag är dock själva analystekniken viktigare än resultaten.

– Jag har arbetat i föregångaren MAX-lab, men det är mycket nytt här som vi behöver lära oss. Högre prestanda och mer automatisering ger stora fördelar men också vissa problem, och utrustningen kräver en del inkörning, säger Lars Johansson.

Den nya anläggningens höga precision är efterlängtad, men den är också en utmaning. Strålen som träffar provet är extremt smal och detektorn som tar emot ljuset när det kommer ut läser också av på en mycket liten yta. Provet måste placeras exakt rätt med en noggrannhet på under en tiotusendel av en meter.

Strålrören och experimentstationerna är utvecklades för olika typer av studier. ForMAX ska till exempel analysera träfibrer, och även om konstruktionen finansieras av Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, så är det den svenska skogsindustrin som kommer att betala driften. Röret MicroMAX fokuserar på strukturbiologi och finansieras av danska Novo Nordisk Fonden.

– De betalar dessutom för driften i tio år. Det visar hur säkra de är på att MAX IV kommer att erbjuda medicin och hälsovetenskaper något långt bortom det vi ser i dag, säger Ian McNulty.

Strålröret Balder har breda användningsområden, från katalysforskning till energivetenskap, miljövetenskap och life science. Det används av Per Persson, professor i molekylär geokemi, för att studera i vilka former järn förekommer i naturen, exempelvis i vattenprover. Kapaciteten hos MAX IV minskar behovet av att koncentrera proverna och gör det möjligt att studera dem i mer naturlig form.

– Som Lundaforskare spelar närheten till MAX IV också en roll, jag kan cykla hit på tio minuter. Att vi finns så nära ökar möjligheterna att bedriva en del utvecklingsarbete där vi tar fram nya metoder för analys av miljöprover, säger Per Persson.

Sexton strålrör inom fem år

MAX IV har haft en del utmaningar. Delar av arbetet försenades, läget kommunicerades inte tydligt nog och effekten blev bland annat ett byte av direktör. Det var då Ian McNulty som nyanställd direktör för fysikvetenskap fick ta ett steg upp och ansvara för hela ledningen.

– Den entusiasm som la grunden för hela satsningen kanske också resulterade i ett lite väl optimistiskt schema. Den här anläggningen bygger ju på teknik i absolut framkant som behövde designas från grunden. Nu är vi noggranna med att öppna ett område i taget och hålla våra användare och finansiärer ständigt uppdaterade om tidsplanen, säger Ian McNulty.

Om fem år räknar han med att sexton strålrör är fullt aktiva och ytterligare fyra eller fem i olika stadier av planering och konstruktion. Om tio år ser han för sig att anläggningen även har byggts ut med så kallad röntgenlaser, en teknik som används mycket av svenska forskare men som inte erbjuds inom landets gränser ännu.

– Redan i dag har vi gått från att vara konstruktörer av en anläggning till att leverera högklassig vetenskap – en lång väntan är över. De som vågade satsa på att finansiera och bygga MAX IV var modiga människor med en vision. Nu har den visionen blivit verklighet.

Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström

 

Synktronljus

Synkrotronljus är ett starkt ljus med många våglängder. I MAX IV kommer det från elektroner som accelereras till mycket hög hastighet och böjs av med magneter – vid böjningen skickar de ut ljuset, som går genom strålrör vidare till experimentstationer. Där används ljuset för att analysera struktur och bindningar i olika material. Det finns flera anläggningar i världen som har eller planerar för liknande möjligheter som MAX IV, bland annat i Brasilien, Frankrike och USA.

Mer om MAX IV