I går lykkedes det for første gang den nye europæiske forskningsfacilitet XFEL at skabe røntgenlaserlys. Det åbner store muligheder for dansk forskning, når XFEL åbner for videnskabelige forsøg i efteråret.
150 km syd for den danske grænse er verdens største røntgenlaser ved at gennemføre de sidste tilpasninger forud for den officielle åbning, der er planlagt til september måned. Danmark er sammen med en gruppe andre europæiske lande medejer af XFEL, der ligger i Hamburg. Tyskland er den største investor, men både direktør og bestyrelsesformand for XFEL er danske. Det skyldes blandt andet, at vi her i landet har en stærk forskergruppe med indsigt i røntgenlasere, der tidligere har opnået bemærkelsesværdige resultater på anlæg i bl.a. Japan og USA.
”XFEL bliver verdens største røntgenlaser. For at kunne opbygge en røntgenlaser med en så enorm styrke, har det været nødvendigt at anvende en hel ny kombination af tekniske komponenter. Derfor er det en vigtig milepæl nu at have skabt røntgenlaserlys, ”first light”, eller faktisk ”first lasing”, som vi kalder det. Det er det første håndgribelige bevis på, at den nye konstruktion bag røntgenlaseren fungerer som planlagt,” fortæller professor Martin Meedom Nielsen, DTU Fysik, der er formand for XFELs bestyrelse.
Billeder og film af atomer
Røntgenlyset på XFEL er ekstremt intensivt og 1 milliard gange stærkere end på normale røntgenfaciliteter rundt omkring i verden. Samtidig er røntgenlysets bølgelængde i det nye anlæg 500 gange kortere end almindeligt lys, hvilket gør det muligt at tage billeder og film af atomerne i et materiale og se, hvordan de bevæger sig.
”Det åbner for helt nye muligheder i forskningen. Når vi kan følge de atomare bevægelser, får vi også mulighed for at forstå, hvad der sker inde i et materiale. Og det er stort set et ubetrådt land, som jeg håber, at forskere i Danmark vil udnytte og indtage”, siger Martin Meedom Nielsen.
”Vi bliver nu i stand til at se, præcis hvilke mekanismer der flytter ladningerne i en solcelle og transporterer energi. Samtidig kan vi direkte se, hvordan forskellige omgivelser som eksempelvis vand og ethanol påvirker processen. Den viden vil på sigt give os en indsigt i, hvilke materialer, der er bedst egnet til at producere solceller og fotokatalysatorer, fordi de sikrer den største høst af solenergi. En viden, der er væsentlig i bestræbelserne på fremover helt at kunne erstatte fossile brændstoffer med grøn energi”, siger Martin Meedom.
Derudover vil XFEL være en fantastisk ny mulighed for den biologiske forskning. Fx til undersøgelser af, hvad der gør træer og planter i stand til at beskytte sig selv mod solens stråler, selvom de er udsat for dem fra solopgang til solnedgang, hvorimod den menneskelige hud bliver solskoldet efter forholdsvis kort tid i skarp sol. Viden om planters evne til at beskytte sig kan vi måske efterfølgende overføre til at udvikle den bedste solbeskyttelse for mennesker. På samme måde giver XFEL mulighed for at studere proteiners funktioner og struktur med en hidtil uset effektivitet, hvilket vil åbne nye perspektiver for eksempelvis udvikling af medicin.
Når XFEL åbner for videnskabelige eksperimenter i efteråret har Martin Meedom Nielsens eget forskerteam ansøgt om at gennemføre forsøg, der vil give en større indsigt i for eksempel nye, jernbaserede solceller.
>
27.000 lysglimt i sekundet
XFEL er den største og kraftigste af verdens i alt 5 røntgenlasere. Den er i stand til at tage røntgenbilleder og film med en hastighed af 27.000 ultrakorte lysglimt pr. sekund. Herigennem opnås unik indsigt i materialers indre struktur og dynamik ved direkte at kunne følge atomernes bevægelser, og hvordan de elektriske ladninger og spin vekselvirker med hinanden i både teknologiske og biologiske materialer.
Anlægget er 3,4 km langt med en accelerator-tunnel på 2,1 km, hvor pakker af elektroner accelereres op til en hårsbredde under lysets hastighed og dermed forberedes til at kunne generere røntgen-laserlys. Det sker på en 200 m lang strækning, hvor mere end 17.000 magneter tvinger dem ud i en ”slalom bane”, hvor de ved hvert sving afgiver røntgenlaserlys.
XFEL vil fuldt udbygget indeholde flere instrumenter, der kan arbejde med røntgenlyset samtidig. Et af instrumenterne udvikles og bygges af DTU og den danske virksomhed JJ X-Ray i fællesskab.
Læs om det centrale udstyr DTU Fysik har udviklet til XFEL
Foto af det første røntgenlaserlys på XFEL