cover story, six page spread: small particles bring great discoveries

of 6 /6
SvD söndag 12 december 2010 24 REPORTAGET E22 LUND MALMÖ Öresundsbron Bilden är en skiss över hur anläggningarna och infrastrukturen i området kan komma att se ut i framtiden. BILD: ESS S V Ö N Besökscenter, korttids- bostäder för forskare, labo- ratorier, forskningsinstitut och kontor. Här ska mötes- platser skapas som upp- muntrar innovationer och samarbeten. Lund Science City Brunnshög Tät och stadsmässig bebyggelse med Lunds innerstad som förebild. Planerad fördelning 30/70 mellan bo- städer och verksamheter. Föreslås byg- gas i fem etapper. År 2025 finns här 3 000 bostäder och upp till 25 000 arbetsplatser. B I L D : W H I T E I drift 2019 (helt färdig 2025). Blir världens kraft- fullaste neutronkälla för materialforskning och livsvetenskaper. Tekniken används av forskare inom bland annat kemi, biologi och energiteknik. Plats för cirka 450 anställda och 2 000–3 000 gästfors- kare per år. En europeisk anläggning med idag 16 partnerländer. En analyscentral för de stora mängderna experimentdata byggs i Köpenhamn. Här ska vi- sualiseringar och simuleringar göras, samt presentationer för allmänheten. ESS Data Management & Software Centre Max IV I drift 2015. Laboratorium för främst synkrotronljus- forskning. För forskning inom bl a bio- medicin, nanoteknologi och miljövetenskap. Redan i dag använder över 700 forskare det befintliga Max-lab, en svensk–nordisk anläggning. Antal forskare fördelat på land Sverige: 45% Övriga 40% Danmark: 15% 2010 0,0 0,20 0,15 0,25 2040 Bruttoregionalprodukten, BRP, är den regionala motsvarig- heten till BNP, det vill säga värdet av all produktion av varor och tjänster i en region. Med effekterna från bygget av ESS beräknas värdet av alla varor och tjänster som produceras i Skåne bli totalt 214 miljarder kronor högre fram till år 2040. 2015 2020 2025 2030 2035 BRP-tillväxt (prognos), procent KÄLLA: SCB, Region Skåne, ITPS, PricewaterhouseCoopers BRP-tillväxt utan ESS BRP-tillväxt med ESS Kontor, laboratorier Bostäder Kontor/bostäder Ny spårvagnslinje E S S s k a g e v äx t k r a ft Odarslövsvägen

Upload: peter-grensund

Post on 23-Jan-2017

203 views

Category:

Science


2 download

TRANSCRIPT

Page 1: Cover story, six page spread: Small particles bring great discoveries

SvD söndag 12 december 201024 REPORTAGET

E22

LUND

MALMÖ

Öresundsbron

E22

LUND

Öresundsbron

Bilden är en skiss över hur anläggningarna och infrastrukturen i området kan komma att se ut i framtiden. BILD: ESS

S

N

Besökscenter, korttids-bostäder för forskare, labo-ratorier, forskningsinstitut och kontor. Här ska mötes-

platser skapas som upp-muntrar innovationer

och samarbeten.

LundScience City

BrunnshögTät och stadsmässig bebyggelse

med Lunds innerstad som förebild. Planerad fördelning 30/70 mellan bo-

städer och verksamheter. Föreslås byg-gas i fem etapper. År 2025 finns här 3 000 bostäder och upp till 25 000 arbetsplatser.

BILD

: WH

ITE

MALMÖ

Öresundsbron

platser skapas som uppplatser skapas som uppplatser skapas som uppplatser skapas som uppplatser skapas som uppplatser skapas som uppplatser skapas som uppplatser skapas som uppplatser skapas som uppplatser skapas som uppplatser skapas som uppmuntrar innovationer muntrar innovationer muntrar innovationer muntrar innovationer muntrar innovationer muntrar innovationer muntrar innovationer muntrar innovationer muntrar innovationer

och samarbeten.och samarbeten.och samarbeten.och samarbeten.och samarbeten.

I drift 2019 (helt färdig 2025). Blir världens kraft-fullaste neutronkälla för materialforskning och livsvetenskaper.Tekniken används av forskare inom bland annat

kemi, biologi och energiteknik. Plats för cirka 450 anställda och 2 000–3 000 gästfors-

kare per år. En europeisk anläggning med idag 16 partnerländer.

En analyscentral för de stora mängderna experimentdata byggs i Köpenhamn. Här ska vi-sualiseringar och simuleringar

göras, samt presentationer för allmänheten.

ESS DataManagement & Software Centre

Max IVI drift 2015. Laboratoriumför främst synkrotronljus-forskning.För forskning inom bl a bio-medicin, nanoteknologi ochmiljövetenskap. Redan idag

använder över 700 forskaredet befintliga Max-lab, en

svensk–nordisk anläggning.

Max IVMax IVMax IVMax IVMax IVMax IVMax IVAntal forskare

fördelat på land

Sverige:45%

Övriga40%

Danmark:15%

20100,0

0,20

0,15

0,25

2040

Bruttoregionalprodukten, BRP, är den regionala motsvarig-heten till BNP, det vill säga värdet av all produktion av varor

och tjänster i en region.

Med effekterna från bygget av ESS beräknas värdet av alla varor och tjänster

som produceras i Skåne bli totalt 214 miljarder kronor högre fram till år 2040.

2015 2020 2025 2030 2035

BRP-tillväxt (prognos), procent

KÄLLA: SCB, Region Skåne, ITPS, PricewaterhouseCoopers

BRP-tillväxt utan ESS

BRP-tillväxt med ESS

Kontor, laboratorier

Bostäder

Kontor/bostäder

Ny spårvagnslinje

ESS ska ge växtkraft

Oda

rslö

vsvä

gen

Page 2: Cover story, six page spread: Small particles bring great discoveries

SvD söndag 12 december 2010 REPORTAGET 25

E22

LUND

MALMÖ

Öresundsbron

Bilden är en skiss över hur anläggningarna och infrastrukturen i området kan komma att se ut i framtiden. BILD: ESS

S

N

Besökscenter, korttids-bostäder för forskare, labo-ratorier, forskningsinstitut och kontor. Här ska mötes-

platser skapas som upp-muntrar innovationer

och samarbeten.

LundScience City

BrunnshögTät och stadsmässig bebyggelse

med Lunds innerstad som förebild. Planerad fördelning 30/70 mellan bo-

städer och verksamheter. Föreslås byg-gas i fem etapper. År 2025 finns här 3 000 bostäder och upp till 25 000 arbetsplatser.

BILD

: WH

ITE

I drift 2019 (helt färdig 2025). Blir världens kraft-fullaste neutronkälla för materialforskning och livsvetenskaper.Tekniken används av forskare inom bland annat

kemi, biologi och energiteknik. Plats för cirka 450 anställda och 2 000–3 000 gästfors-

kare per år. En europeisk anläggning med idag 16 partnerländer.

En analyscentral för de stora mängderna experimentdata byggs i Köpenhamn. Här ska vi-sualiseringar och simuleringar

göras, samt presentationer för allmänheten.

ESS DataManagement & Software Centre

Max IVI drift 2015. Laboratoriumför främst synkrotronljus-forskning.För forskning inom bl a bio-medicin, nanoteknologi ochmiljövetenskap. Redan idag

använder över 700 forskaredet befintliga Max-lab, en

svensk–nordisk anläggning.

Antal forskare fördelat på land

Sverige:45%

Övriga40%

Danmark:15%

20100,0

0,20

0,15

0,25

2040

Bruttoregionalprodukten, BRP, är den regionala motsvarig-heten till BNP, det vill säga värdet av all produktion av varor

och tjänster i en region.

Med effekterna från bygget av ESS beräknas värdet av alla varor och tjänster

som produceras i Skåne bli totalt 214 miljarder kronor högre fram till år 2040.

2015 2020 2025 2030 2035

BRP-tillväxt (prognos), procent

KÄLLA: SCB, Region Skåne, ITPS, PricewaterhouseCoopers

BRP-tillväxt utan ESS

BRP-tillväxt med ESS

Kontor, laboratorier

Bostäder

Kontor/bostäder

Ny spårvagnslinje

ESS ska ge växtkraft

Oda

rslö

vsvä

gen

På en skånsk åker planeras för Sveriges kanske mest okända mångmiljardprojekt. JÄTTE BYGGET av den europeiska forskningsanläggningen ESS, världens kraftfullaste NEUTRONKÄLLA kan generera fram-tidens NOBELPRISER och sätta Lund på kartan.

Text, fakta

PETER GRENSUND

Grafik, fakta

JENNY ALVÉN

SvD I LUND

Små partiklar skage stora upptäckter

Det är Lund och i november. Det regnar i sidled och är mörkt, ljuskäglorna från mötande bilar gör inte mycket för sik-ten. Någonstans därute, mellan den breda E 22:an och Odarslövsvägen, lig-ger 74 hektar av Skånes fi naste jord-bruksmark och väntar på att läggas i en mångårig träda. I stället för utsäde ska här plöjas ner ett halvt kilometer långt stålrör. Vetenskapsmän, ja det låter mer spännande än forskare, ska accelerera partiklar till nära ljusets hastighet och slunga in dem i fl era ton av tungmetall. Resultatet blir en ald-rig tidigare skådad kaskad av neutro-ner som ska kunna lysa igenom det minsta av material.

Ett slags gigantiskt mikroskop, bru-kar det sammanfattas som.

Om du frågar neutronforskargurun Colin Carlile (vi återkommer till honom)

om poängen med det där så ler han för-tjust. Om du i stället pratar med Allan Lars-

son så kan han berätta att han också stått nere vid åkern och huttrat i november. Den

tidigare fi nansministern (1990–91) och styrel-seordföranden för Lunds universitet var den svenska regeringens chefsförhandlare. Med hjälp av en plan och några strategiskt place-rade vänner såg han till att Lund i konkur-rens med nordspanska Bilbao och ungerska Debrecen vann en fl era år lång dragkamp om anläggningen.

Hösten 2007 hade han låtit köra en buss med generaldirektörer från europeiska forsk-ningsministerium ut till åkern.

– ”Ja, här vill vi bygga, nära universitetet, Ideon och industrin, 30 minuter från Kastrup”, var budskapet. Mer än så var det inte, minns Allan Larsson. Sen åkte vi till Biskopshuset där vi gav utförlig information och några länder sa att de är för det skandinaviska alter nativet.

Det var slutfasen på den första förhand-lingsrundan där svenskarna erbjöd sig att stå för en grundplåt av investeringskostnaden. Som motkrav bad man om samarbetsländer-nas synpunkter och eventuella villkor – bland annat ville Tyskland slippa diskussioner om pengar tills Hamburgs anläggning för frielek-tronlaser var i hamn 2008.

– Vi åkte inte ut och sa ”ni ska vara med och betala så här mycket”. Det var nyckeln. Just genom vårt upplägg tror jag att vi fi ck en

mycket mer konstruktiv diskussion än vad vi skulle ha fått om vi bara busat på och sagt att nu ska ni vara med och ställa upp på Sverige. Vi krävde inget ställningstagande, säger Allan Larsson.

Tillbaka i Lund 2010. Det blänker lite om Karin Rathsman, kanske är det projektorljuset som refl ekteras i ögonen eller så är det helt enkelt hennes spontana energi som framkallar ljus-fenomenet. SvD:s tecknare Jenny Alvén pepp-rar henne med frågor om hur protonerna acce lereras och varför strålen inte svänger av. Rathsman, doktor i accelerator fysik, arbetar de kommande månaderna med designen av acceleratorn.

– Fokuseringen är det knepiga. Men då fi nns den här uppfi nningen. Den är gammal – men den är underbar!

Hon pekar yvigt på powerpointduken. Det är sannolikt vare sig den första eller sista im-proviserade föreläsningen hon kommer att hålla. Man måste ha minst en i bakfi ckan hela tiden, säger hon.

Karin Rathsman utreder även studentkopp-lingen, hur kan en specialinriktning på civil-ingenjörsutbildningen se ut? I dag fi nns inga problem med att hitta unga, duktiga och ta-langfulla personer, säger hon och knycker med huvudet i riktning mot sin kollega Leli Tchelidze, doktor i acceleratorteknik. Men det gäller att säkra ett infl öde av kompetens och idéer, att behålla vitaliteten. En anläggnings resultat blir aldrig bättre än dess forskare.

När maskinerna är i full sving framåt 2025 ska 400–500 forskare ha sin anställning här och uppemot 3 000 gästforskare passera på ett år. Karin Rathsman själv, nerfl yttad från Uppsala, vet att hon hamnat rätt.

– Ska man vara acceleratorfysiker så ska man vara det i Lund. För mig är det roligare att vara här än någon annanstans på jorden.

Och framtida Nobelpris, talas det om det?– Om man bygger såna här anläggningar

måste man ha Nobelpriset som målsättning. Annars ska man ju inte bygga. Om man får det eller inte, det är en annan femma.

När Karin Rathsman parar ihop yrket acce-leratorfysiker med Lund så gör hon det även med adress Max IV, grannbyggnaden till det framtida ESS. I slutet av november togs första spadtaget för att till 2015 bygga vad som be-

skrivs som världens främsta synkrotronljus-anläggning, döpt till Max IV (ja, det fi nns re-dan tre Max:ar, alla i form av stora ringar).

Om ESS neutronregn kan färdas genom material och skärskåda det ner på atomnivå i dess naturliga form kan Max IV:s synkro-tronljus, en otroligt kraftig röntgenstrålning, lättare undersöka strukturer på större mole-kyler. Ja, anläggningarna klarar mer än så, men viktigare: metoderna kompletterar var-andra – samlokaliseringen var ett avgörande argument för att bygga ESS just i Lund. Vilka följder detta materialforskningskluster får för Sverige och Öresundsregionen är natur-ligtvis mer eller mindre troliga och förutse-bara, och fl era analyser har gjorts. Givetvis skapas jobb när två jätteanläggningar byggs. Men vilka och hur många? Och hur lång-variga? Väntar en befolkningsboom? Vad händer med den övriga forskningen, univer-sitetets enastående bredd? Står Lund rentav inför en helt ny era?

Regnet faller fortfarande. Skvätter mot vind-rutan där torkarna vägrar ge upp. Mikael Eriksson styr sakta sin vita Skoda genom cent rala Lund.

Vi har pratat en del om förhoppningarna som spirar i stan. På Brunnshög, området där ESS och Max IV byggs, planeras för en helt ny stadsdel. Lite som Hammarby Sjöstad hette det i en tidig studie, fast utan vatten. Nu är fokus in-ställt på mer klassisk stads-bebyggelse.

I anslutning till forsk-ningsanläggningarna ska en vetenskapsstad anläggas och en ny spårvagnlinje dras, och läser du lokal-pressen så är det tusentals forskar-Zlatan:ar som ska lockas hit.

– Vare sig ESS eller Max IV kommer att lyfta sam-hället, säger han. De är in-frastrukturkomponenter bland många andra. Det är annat som avgör, kvaliteten i utbildningen till exempel, hur motiverade lärare man får.

Ska man vara acceleratorfysiker så ska man vara det i Lund. För mig är det roliga-re att vara här än någon annan-stans på jorden.Karin Rathsman, doktor i acceleratorfysik. M

KarinRathsmanFOTO: JENNY ALVÉN

MikaelErikssonFOTO: JENNY ALVÉN

Texten fortsätter på sidan 28 m

Page 3: Cover story, six page spread: Small particles bring great discoveries

SvD söndag 12 december 201026 REPORTAGET

RÖNTGEN I JÄTTEFORMAT Enorma mängder av naturens mini-partiklar ska hjälpa forskarna att få unik inblick i olika material. Protoner skjuts iväg genom acceleratorn, krockas i målstationen och frigör neutro-ner som tränger igenom testproven i experimentstationen. Resultaten kan ge förbättringar inom bland annat energi, medicin och transport.

Vätgas

7 Neutronerna passerar genom vatten eller vätgas som kyler och saktar ner dem. Då liknar

de vågor, vilket är användbart för experimenten.

8 Neutronerna leds i 22–33 rör,neutronguider, till experiment-stationerna. Guiderna är olika

långa (upp till 200 meter) beroende på experimentet som ska utföras.

Korta guider: neutronerna träffar provet med hög energi men låg precision. Bra vid t ex forskning kring katalysatorer och batterier.

Långa guider: lägre energi men bättre precision, vilket passar bra för forskning på komplexa molekylstrukturer som t ex läkemedel och organiska material.

De flesta neutro-nerna passerar rakt igenom materialet. En

neutron som träffar en atomkärna viker av i en bestämd riktning, medanen neutron som stöter på ett litet magnet-fält, som kan uppstå mellan atomerna, viker av på ett annat sätt. Detektorer registrerar hur neutronerna sprids.

10

Informationen analyseras. Ett datorgenererat mönster visar hur neutronerna spridits.

Speciell mjukvara återskapar en bild av provets inre. Ur detta kan man avläsa hur olika material eller enskilda molekyler ser ut inuti på atomnivå, eller vilken form en molekyl har. Det är vik-tigt när man studerar proteiner och andra biologiska material.

11

I experimentstationen placeras provet som ska undersökas,

exempelvis ett protein eller ett arkeologiskt fynd. Varje instrument är designat för en specifik typ av forskning.

9

Experimentstationen– här sker forskningen

Elektron

Väteproton

Exempel på instrument.

BILD: J-PARC

BILD: ILL

Jonkälla Accelerator (under jordp g a strålningsrisk)

Klystronhall

Experimentstationer

Verkstäder,generatorer m m

Principsskiss över ESS

Målstation

MÅLSTATION

9

nerna passerar rakt igenom materialet. En

neutron som träffar en atomkärna viker av i en bestämd riktning, medanen neutron som stöter på ett litet magnet-fält, som kan uppstå mellan atomerna, viker av på ett annat sätt. Detektorer registrerar hur neutronerna sprids.

Informationen analyseras. Ett datorgenererat mönster visar hur neutronerna spridits.

Speciell mjukvara återskapar en bild Ur detta kan man avläsa

hur olika material eller enskilda molekyler ser ut inuti på atomnivå, eller vilken form en molekyl har. Det är vik-tigt när man studerar proteiner och andra biologiska material.

Experimentstationen– här sker forskningen Exempel på instrum

ent.

BILD: J-PAPAP RC

Protonerna når maxfarten 96% avljusets hastighet cirka

100 meter innan de träffar målet. För att förhindra att neutroner från målmaterialet flyger tillbaka ut i acceleratorn finns en böj strax innan målet.

4

Acceleratorn– protoner i ljusets hastighet

Materia Molekyl Atomer

Elektron

Atomkärna Proton/neutron

Kvark

UU

N

Protonerna skjutsut i acceleratorns vakuumrör där de

knuffas framåt av elektromag-netiska fält. Protonerna surfar fram på en elektromagnetisk våg, som rör sig snabbare och snabbare framåt.

2Vätgas hettas upp med ett snabbt varierande elektromagnetiskt fält så att

elektroner lossnar från vätemole-kylerna. Det kan liknas vid att

1 Efter ca 30 meter: proto-nerna har så mycket fart att accelerationen kan ske med

hjälp av supraledande partier. De är nedkylda till –271 grader C, vilket innebär att de överför energi utan motstånd till protonstrålen. Det ger lägre elförbrukning och högre intensitet i strålen.

3koka vatten i en mikrovågsugn, men frekvensen är mycket högre och effekten mycket starkare. När elektronerna är borta återstår ett plasma av protoner.

Varför ärneutroner bra?Neutroner kan ge unik infor- mation om materialens upp- byggnad och funktion. Neutro- ner har ingen laddning, Därför kan de passera genom andra material, ända in till atomkär-nan, utan att påverka det. Neu-troner är särskilt användbara för att undersöka väte, som finns i alla organiska material.

Vid Cern forskar man om partiklar och universums grundläggande krafter.

Vid ESS kommer man att forska kring material och livsvetenskap, d v s forskning på organiska material.

Vad är skillnadenmot Cern?

Behövs bådeMax IV och ESS?Anläggningarna kommer att komplettera varandra. Max IV använder stark röntgen-strålning, synkrotronstrålning, medan ESS kommer att forska med neutronspridning.

Atomkärna

Elektron

+

++

+Neutroner

Synkrotronljus

Neutroner interagerar med atomkärnan, och ändrar has-tighet och riktning. Synkro-tronljus viker av vid atomens elektroner. Det passar därför till att undersöka ämnen med många elektroner eller till kemiska processer.

Skillnaden mellan neutron-spridning och synkrotron-strålning

Vad händer med detradioaktiva avfallet?När protonerna träf-far målmaterialet blir det radioak-tivt och avger strålning. Det måste därför slutförvaras. Men när man stänger av protonstrålen så upphör processen, till skillnad från en kärnreaktor där det pågår en självuppehållande kedjereaktion.

Vad används neutronforskning till?

�• Hur mänskligt DNA verkar i levande celler• Genterapi mot virus-sjukdomar• Bättremediciner• Bättre implantat

Medicin• Bättre batterier• Nya biobränslen• Vätgaslagringför bränsleceller• Förstå metan-gas: klimat-hot och energi• Bränsleceller• Solenergi

Energi

+–

• Supraledande material för överföring av elkraft• Skräddarsydda material med nanoteknik

Material• Bättre katalysatorer• Mer effektiva och mindre energikrävande transporter• Bättre flygplansvingar

Transport• Bättre och mer miljö-vänlig färg, rengörings-medel och kosmetika• Undersöka ochbevara historiska föremål bättre• Magnetiskastrukturer,elektronik

Övrigt

2 3

4

Neutronrör

Detektorer

Prov

5

Källor: Karin Rathsman, PatrikCarlsson och Marianne Ekdahl/ESS

GRAFIK OCH FAKTA: JENNY ALVÉN

Roterande skiva

Fossil

8

10

11

9

Exempel på prov. BILD: ILL

7

Målstationen–producerar neutroner

Protonstrålen kolliderar med målmaterialet: en kubikmeter, cirka 13 ton,

tungmetall. För att producera till-räckligt många neutroner lämpliga för forskning krävs ett grundämne med hög andel neutroner. Tung- metaller är rika på neutroner.

51

Målmaterialet – två alternativ

Detta ger ungefär samma mängd neutroner. För att undvika strålningsläckage omsluts målmaterialet av en behållare och flera metertjocka lager av stål och betong.

• Flytande tungmetall, t exkvicksilver, bly, bly/vismuth eller bly/guld. Metallen kylsgenom att cirkulera i en be-hållare inne i målstationen.

• Roterande tung- metall i fast form, t ex volfram.

Strukturen hos ett självlysande protein.

B

ILD: R

Tsi

en, U

niv.

of C

alif

orni

a, S

an D

iego

Flugans inre organ (gröna) syns tydligt efter neutronstråln

inge

n.

BILD: Anto

n S Tre

msi

n, U

niv.

o

f Califo

rnia

, Ber

kele

y E

SS

Innuti fossilet fanns förhistoriska växtdelar av brödgran b

evar

ade.

BIL

D: I

LL

Klystronhall (ovan jord): löper längs med hela acceleratorn. Här skapas den mag- netiska våg som protonerna surfar på.

6

6 Neutroner slås loss från tung- metallens atomkärnor. Det kallas spallation. Neutroner

avges även genom s k excitation:atomerna når en högre energinivå och sän-der ut neutroner för att avge energin.

Spallation.

Neutroner

++

++Protoner

Atomkärna

+

+ ++

Resultat

Längs med hela acceleratorn finns starka magneter som fokuserar och leder strålen i rätt bana.

Page 4: Cover story, six page spread: Small particles bring great discoveries

SvD söndag 12 december 2010 REPORTAGET 27

RÖNTGEN I JÄTTEFORMAT Enorma mängder av naturens mini-partiklar ska hjälpa forskarna att få unik inblick i olika material. Protoner skjuts iväg genom acceleratorn, krockas i målstationen och frigör neutro-ner som tränger igenom testproven i experimentstationen. Resultaten kan ge förbättringar inom bland annat energi, medicin och transport.

Vätgas

7 Neutronerna passerar genom vatten eller vätgas som kyler och saktar ner dem. Då liknar

de vågor, vilket är användbart för experimenten.

8 Neutronerna leds i 22–33 rör,neutronguider, till experiment-stationerna. Guiderna är olika

långa (upp till 200 meter) beroende på experimentet som ska utföras.

Korta guider: neutronerna träffar provet med hög energi men låg precision. Bra vid t ex forskning kring katalysatorer och batterier.

Långa guider: lägre energi men bättre precision, vilket passar bra för forskning på komplexa molekylstrukturer som t ex läkemedel och organiska material.

De flesta neutro-nerna passerar rakt igenom materialet. En

neutron som träffar en atomkärna viker av i en bestämd riktning, medanen neutron som stöter på ett litet magnet-fält, som kan uppstå mellan atomerna, viker av på ett annat sätt. Detektorer registrerar hur neutronerna sprids.

10

Informationen analyseras. Ett datorgenererat mönster visar hur neutronerna spridits.

Speciell mjukvara återskapar en bild av provets inre. Ur detta kan man avläsa hur olika material eller enskilda molekyler ser ut inuti på atomnivå, eller vilken form en molekyl har. Det är vik-tigt när man studerar proteiner och andra biologiska material.

11

I experimentstationen placeras provet som ska undersökas,

exempelvis ett protein eller ett arkeologiskt fynd. Varje instrument är designat för en specifik typ av forskning.

9

Experimentstationen– här sker forskningen

Elektron

Väteproton

Exempel på instrument.

BILD: J-PARC

BILD: ILL

Jonkälla Accelerator (under jordp g a strålningsrisk)

Klystronhall

Experimentstationer

Verkstäder,generatorer m m

Principsskiss över ESS

Målstation

MÅLSTATION

9

BILD: ILLBILD: ILL

Protonerna når maxfarten 96% avljusets hastighet cirka

100 meter innan de träffar målet. För att förhindra att neutroner från målmaterialet flyger tillbaka ut i acceleratorn finns en böj strax innan målet.

4

Acceleratorn– protoner i ljusets hastighet

Materia Molekyl Atomer

Elektron

Atomkärna Proton/neutron

Kvark

UU

N

Protonerna skjutsut i acceleratorns vakuumrör där de

knuffas framåt av elektromag-netiska fält. Protonerna surfar fram på en elektromagnetisk våg, som rör sig snabbare och snabbare framåt.

2Vätgas hettas upp med ett snabbt varierande elektromagnetiskt fält så att

elektroner lossnar från vätemole-kylerna. Det kan liknas vid att

1 Efter ca 30 meter: proto-nerna har så mycket fart att accelerationen kan ske med

hjälp av supraledande partier. De är nedkylda till –271 grader C, vilket innebär att de överför energi utan motstånd till protonstrålen. Det ger lägre elförbrukning och högre intensitet i strålen.

3koka vatten i en mikrovågsugn, men frekvensen är mycket högre och effekten mycket starkare. När elektronerna är borta återstår ett plasma av protoner.

Varför ärneutroner bra?Neutroner kan ge unik infor- mation om materialens upp- byggnad och funktion. Neutro- ner har ingen laddning, Därför kan de passera genom andra material, ända in till atomkär-nan, utan att påverka det. Neu-troner är särskilt användbara för att undersöka väte, som finns i alla organiska material.

Vid Cern forskar man om partiklar och universums grundläggande krafter.

Vid ESS kommer man att forska kring material och livsvetenskap, d v s forskning på organiska material.

Vad är skillnadenmot Cern?

Behövs bådeMax IV och ESS?Anläggningarna kommer att komplettera varandra. Max IV använder stark röntgen-strålning, synkrotronstrålning, medan ESS kommer att forska med neutronspridning.

Atomkärna

Elektron

+

++

+Neutroner

Synkrotronljus

Neutroner interagerar med atomkärnan, och ändrar has-tighet och riktning. Synkro-tronljus viker av vid atomens elektroner. Det passar därför till att undersöka ämnen med många elektroner eller till kemiska processer.

Skillnaden mellan neutron-spridning och synkrotron-strålning

Vad händer med detradioaktiva avfallet?När protonerna träf-far målmaterialet blir det radioak-tivt och avger strålning. Det måste därför slutförvaras. Men när man stänger av protonstrålen så upphör processen, till skillnad från en kärnreaktor där det pågår en självuppehållande kedjereaktion.

När protonerna träffar målmaterialet

-

protonstrålen så

Vad används neutronforskning till?

�• Hur mänskligt DNA verkar i levande celler• Genterapi mot virus-sjukdomar• Bättremediciner• Bättre implantat

Medicin• Bättre batterier• Nya biobränslen• Vätgaslagringför bränsleceller• Förstå metan-gas: klimat-hot och energi• Bränsleceller• Solenergi

Energi

+–

• Supraledande material för överföring av elkraft• Skräddarsydda material med nanoteknik

Material• Bättre katalysatorer• Mer effektiva och mindre energikrävande transporter• Bättre flygplansvingar

Transport• Bättre och mer miljö-vänlig färg, rengörings-medel och kosmetika• Undersöka ochbevara historiska föremål bättre• Magnetiskastrukturer,elektronik

Övrigt

2 3

4

Neutronrör

Detektorer

Prov

55

Källor: Karin Rathsman, PatrikCarlsson och Marianne Ekdahl/ESS

GRAFIK OCH FAKTA: JENNY ALVÉN

Roterande skiva

Fossil

8

10

11

9

7

Målstationen–producerar neutroner

Protonstrålen kolliderar med målmaterialet: en kubikmeter, cirka 13 ton,

tungmetall. För att producera till-räckligt många neutroner lämpliga för forskning krävs ett grundämne med hög andel neutroner. Tung- metaller är rika på neutroner.

51

Målmaterialet – två alternativ

Detta ger ungefär samma mängd neutroner. För att undvika strålningsläckage omsluts målmaterialet av en behållare och flera metertjocka lager av stål och betong.

• Flytande tungmetall, t exkvicksilver, bly, bly/vismuth eller bly/guld. Metallen kylsgenom att cirkulera i en be-hållare inne i målstationen.

• Roterande tung- metall i fast form, t ex volfram.

Strukturen hos ett självlysande protein.

B

ILD: R

Tsi

en, U

niv.

of C

alif

orni

a, S

an D

iego

Flugans inre organ (gröna) syns tydligt efter neutronstråln

inge

n.

BILD: Anto

n S Tre

msi

n, U

niv.

o

f Califo

rnia

, Ber

kele

y E

SS

Innuti fossilet fanns förhistoriska växtdelar av brödgran b

evar

ade.

BIL

D: I

LL

Klystronhall (ovan jord): löper längs med hela acceleratorn. Här skapas den mag- netiska våg som protonerna surfar på.

6

6 Neutroner slås loss från tung- metallens atomkärnor. Det kallas spallation. Neutroner

avges även genom s k excitation:atomerna når en högre energinivå och sän-der ut neutroner för att avge energin.

Spallation.

Neutroner

++

++Protoner

Atomkärna

+

+ ++

Resultat

Längs med hela acceleratorn finns starka magneter som fokuserar och leder strålen i rätt bana.

Page 5: Cover story, six page spread: Small particles bring great discoveries

SvD söndag 12 december 2010

Jörgen Wiksten från ESS jublar den 29 maj förra året över beskedet att anläggningen kommer att byggas i Lund. Foto: ESS

I Oak Ridge National Laboratory i Tennessee i USA finns den färdigbyggda spallationsanläggningen SNS. En av skillnader-na mellan den planerade ESS-anläggningen i Lund och den existerande SNS-anläggningen är att ESS blir betydligt kraft-

28 reportaget

Fysikprofessor Mikael Eriksson har tidigare på kvällen visat runt i Max-labs hangar där elek-troner snurrar runt i nära nog ljusets hastig-het genom stora rör. Från rören går utlöpare till instrument inlindade i mängder av ugns-folie. När maskinerna i rostfritt stål förbereds för vakuumexperiment hettas de upp för att få bort alla vattenmolekyler. Aluminiumfolien ser till att värmen sprids jämnt och risken för sprickor minskar.

När instrumenten kostar tiotals miljoner kronor styck är tysk kvalitetsfolie en billig försäkringspremie. Mikael Eriksson berättar en osannolik historia om hur det gick till när det första Maxlabbet byggdes. Bland annat ”lånades” en mangel in från en ovetande mamma till en kollega. Det var ett hemma-bygge, konstaterar han.

– Men vi lärde oss tekniken. Skruvarna och muttrarna. Redan Max II var konkurrens-kraftig.

Max nummer fyra sägs bli världsledande de kommande 20 åren. Kostnaden på tre mil-jarder kronor omnämns som låg i samman-hanget.

Ja, det är det där med pengarna. ESS går loss på omkring 15 miljarder kronor (beroende på eurons växlingskurs), den årliga driften på en knapp miljard. Totalt landar notan på 55 mil-

jarder kronor. För finansieringen av investe-rings- och driftskostnaderna finns ännu bara bindande avtal för 50 respektive 22,5 procent.

Däremot finns gott om löften. Totalt har 16 europeiska länder lovat att hjälpa till, med ut-rustning, med forskare, med tillverkning etc. Att Sven Landelius, styrelseordförande för ESS AB, i dag sitter med ett prestigeprojekt som är finansierat till hälften är en direkt följd av förhandlingstaktiken som lag Sveri-ge/Lund valde finanskrishösten 2008.

– I ett läge där finansministrar ska försöka rädda banksystemen i hela världen, det är inte tider när forskningsministrar kan knacka på dörren och diskutera hur man ska finan-siera anläggningar – som ska byggas i ett an-nat land och börja verka 2020. Finansiering-en får vi ta i nästa steg, motiverar den tidigare chefsförhandlaren Allan Larsson.

Sven Landelius då. Det är inte svårt att förstå varför regeringen utsåg honom till styrelse-ordförande för ESS. 1994–2006 var han vd för Öresundsbrokonsortiet, i backspegeln en framgångssaga med en bro som faktiskt bygg-des i tid, höll budget och delvis var tekniskt innovativ. Dessutom fanns det internationella ägarperspektivet: de svenska och danska sta-terna. Han lyckades få ihop det.

Brobygge är lite lättare, säger han, för en sån här anläggning finns inga handböcker. I korthet: grundtekniken från 2003 måste upp-dateras, ingen – verkligen ingen – vet vilken forskning som kommer att bedrivas år 2030.

Hur bygger man instrument då? Och hur får man eurokrisande länder att omvandla löften till pengar?

Nu är Sven Landelius inte bara utrustad med en välsittande kostym utan även med ett fast handslag och en stadig blick. Och för-modligen ganska hård hud.

– Öresundsbron var svårare så till vida att när vi var i motsvarande planeringsfas så fanns ju ett väldigt, åtminstone mediespeglat, motstånd. Det var väldigt fokus kring de negativa påverkningarna bron skulle kunna få på framför allt Östersjön men även på Öresund. Man sade att såna här stora projekt tar alltid dubbelt så lång tid, de blir alltid mycket dyrare än vad man har tänkt sig. 1994 sa man ”ni är idioter som ska bygga sänktun-nel och bro. Gör som i Hallandsåsen, borra en tunnel, det är mycket säkrare och mycket billigare”. ”Det tror inte vi”, sa vi, haha.

Den stora skillnaden, jämför Sven Lande-lius, är uppbackningen från forskarvärlden, politikerna, näringslivet, allmänheten, ja alla i hela regionen verkar ha enorma förvänt-ningar på vad som ska ske.

Nu hör det till historien att det lutat litet upp-åt för ESS-gänget. Allan Larsson småler lite ironiskt när han tänker tillbaka på att Syd-svenskan länge betraktade anläggningen som en Lundaangelägenhet, som vore det ett nytt badhus. Och ett av Lunds kommunalråd mot-satte sig faktiskt en etablering.

– Vi tyckte att anläggningen var alldeles för

ESS ska tillföra lika mycket el

till elnätet som man tar ut

7 Miljarder satsas på eSS

Instrumenten i Max-lab slås in i folie för att värmen ska fördelas jämt. Foto: JEnny Alvén

Investeringskostnader DriftskostnaderTotalt ca 14 miljarder kronor Totalt ca 900 miljoner kronor/år

*Inkl bidrag från Region Skåne och Lunds universitet.

KÄLLA: ESS

Sverige: 10%Sverige: 35%*

Danmark: 12,5%Norge: 2,5%

Ej slutför-handlat:50%

Danmark: 10%Norge: 2,5%

Resterande driftskostnader: staterna betalar efter användning.

Befolkningsprognos, Lund

2009 2019KÄLLA: SCB

2010–2019, tusental invånare

90

100

110

120

130

Vad har andra stora byggprojekt kostat?

KÄLLA: RESPEKTIVE PROJEKT

Infrastrukturprojekt, kostnad i miljarder kronor (byggtid inom parentes)

Citytunneln, Malmö (2005–2010) 8,6

Tunneln genom Hallandsåsen (1992–2015) 10,5

ESS (2013–2025) 14

Citybanan (2009–2017) 16,8

Öresundsbron (1995–2000) 18,5

Page 6: Cover story, six page spread: Small particles bring great discoveries

SvD söndag 12 december 2010

Colin Carlile, längst till vänster, skålar tillsammans med tyske Sebastian Schmidt och danske Morten Scharff vid det första mötet för ESS internationella styrkom-mitté oktober 2009 i Prag. Allan Larsson, andra från höger, vid förhandlingsbordet.

FOTO: LARS BRUNDIN

REPORTAGET 29

Forskningsanlägg-ningar jämförbaramed Max IV

Forskningsanläggningarmed neutronkällor

Anläggningar i Europa

0 svd.se dåligt utredd. Det fanns inget utrett om risker-na, framför allt miljöriskerna (det ansåg även Kemikalieinspektionen), säger miljöpartisten Rolf Englesson, kommunalråd 2002–2006.

Englesson, i dag vd för ett biogasföretag, sä-ger att det skulle bli lite löjligt att motarbeta ESS när alla ändå vill ha det. I stället ligger fokus på att kritiskt granska när ärendet löpande behandlas i fullmäktige:

– Vad ska man göra med det radioaktiva av-fallet? Till skillnad från kärnkraften startar man här med ett ämne som inte är radio-aktivt från början. Och energiåtgången?

Det där sista är en brandfackla. Anlägg-ningen beräknas dra 300 GWh per år. Det motsvarar energiförbrukningen för cirka 15 000 normalstora villor. När Sverige vann kampen om värdskapet så lovade man även utveckla en koldioxidneutral anläggning som drivs med el från förnybar energi. ESS ska till-föra lika mycket el till elnätet som man tar ut.

I praktiken innebär det att ESS och energi-jätten Eon samt det kommunala elbolaget just nu skissar på tänkbara lösningar. Tanken är att till exempel en vindkraftpark ska gene-rera tillräckligt med el och att spillvärmen sedan återförs till Lunds � ärrvärmenät.

För Eon betyder samarbetet – måhända – inte bara första tjing när själva affären ska upphandlas. Storskaliga, förnybara energi-lösningar betyder i postoljefestsamhället även välkommen marknadsföring. Det nor-mala är annars, med anläggningar av den här typen, att man kopplar på elnätet och

kyler bort spillvärmen. Så var man av med det problemet.

– Egentligen är det Ilmar Reepalus förtjänst.

Det där sista är det Colin Carlile som säger, neutronforskaren som Allan Larsson lät rekrytera från världsledande Institut Laue-Langevin utanför Grenoble. Den anläggning-en ledde han i sju år och forskarstudierna därifrån förekommer fl itigt i tidskrifterna Nature och Science.

Nu sitter han iförd fl eeceväst lite framåt-böjd i en gul fåtölj i vad som framstår som ett genrerum i den akademiska världen. På skriv-bordet står en iMac och längs ena väggen hänger en griffeltavla. Ilmar Reepalu tackar han som inspiratör för att göra ESS energi-neutralt.

Om Allan Larsson var förhandlaren som dyrkade upp dörrar till ambassader och departement var Colin Carlile den kände vetenskapsmannen som blåste upp fönster på vid gavel i Forskningseuropa. Inklusive

Lund. Det tog honom tre år att få kommu-nens särskilda förtjänsttecken, vilket är så nära man kan komma att bli hedersmedbor-gare i Lund. I motiveringen framhålls hans kreativitet, kunskap och humor – han har snabbt blivit en känd profi l på gator och torg.

Och kärleken tycks besvarad. Första besö-ket i Lund, som i mångt och mycket var en förtäckt anställningsintervju, liknar han vid sin ”resa till Damaskus” (omvändelse).

– Jag kom hit och tänkte this is it, det är här det kommer att ske. Här fi nns allt. Du har universitetet, fl ygplatsen, du har bron, stödet från politikerna, alla talar engelska, det fi nns expertkunskap, en högutbildad befolkning, ett land som ligger i världstoppen i de olika innovationsindexen. Kan man inte bygga här så kan man inte bygga någonstans.

Tvivlade du någonsin på att Lund skulle få bygga ESS?

– Nej, och det tror jag inte Allan gjorde heller.

08-13 51 45, [email protected]

Jag kom hit och tänkte this is it, det är här det kommer att ske. Här finns allt.Colin Carlile, neutronforskare M

–2012 Planeringsfas.Uppdatering av ritningar samt tillstånd. Detaljplanen väntas vinna laga kraft.Finansieringen säkerställs.

2013–2019 Byggfas.

2019–2025 Färdigställan-defas.

Anläggningen går att använ-da med sju instrument.

2025Anläggningen går att köra fullt ut med 22–33 instrument.

2026–2066 Drift.

2067–2071 Avveckling.

7 Detta händer nu

Danderyd 53 %Lund 50 %Lidingö 41 %Lomma 41 %Täby 38 %

Uppsala 38 %Solna 37 %Stockholm 36 %Umeå 35 %Nacka 34 %

Källa: SCB

Andel högutbildadeKommuner med störst andel in -vånare med minst treårig eftergym-nasial utbildning, 25–64 år 2009).

fullare. Teknikern David Dunning pekar genom fönstret in till målstationen där protonerna träffar kvicksilvret och neutronerna frigörs.

”Sverige har en tradition av att underfinansiera satsning-ar på forskningsinfrastruktur. Det finns tydliga tecken på att man gör samma misstag igen.”

Läs intervjun med Olof Hallonsten, specialist på storskalig infrastruktur.5 svd.se

ESS officiella sajt.5 ess-scandinavia.se

Maxlabs officiella sajt.5 maxlab.lu.se

F

OT

O: E

SS

, RO

GE

R E

RIK

SS

ON