ESS i Lund: megabygge för pyttesmå partiklar

Strax utanför Lund växer ett nytt landmärke fram vid motorvägen E22. I den gamla skånska åkerjorden sträcker sig nu en över halv kilometer lång tunnel och runt den pågår febril verksamhet. När allt är klart kommer 23 byggnader att tillsammans utgöra världens kraftfullaste neutronmikroskop och synas långt över slätten. Det europeiska samarbetsprojektet ESS, European Spallation Source, ska ge ny kunskap om olika material ned på atomnivå.

Det är mycket prestige och pengar som ligger i potten. Uppförandet av den stora anläggningen måste därför lyckas. Den 537 meter långa tunneln i anläggningens hjärta tog två år att färdigställa och den ska nu fyllas med utrustning som kan accelerera atomkärnans positivt laddade protoner till nära ljushastigheten. Vid tunnelns mynning pågår ett intensivt arbete med att bygga målet för protonerna, den så kallade målstationsbyggnaden som blir motsvarande nio våningar hög.

Skurar av neutroner avslöjar strukturer

– Vi behöver påla extremt mycket i marken eftersom den så kallade monoliten som omsluter själva målhjulet i målstationsbyggnaden är så massiv. Byggnaden ska inte kunna sätta sig och hamna ur läge, säger byggchefen Kent Hedin, som ansvarar för att det stora projektet håller ihop.

Monoliten kommer att bestå av 5800 ton stål och betong, bli 13 meter hög och kapsla in ett roterande hjul av grundämnet volfram. När protonerna träffar hjulet frigörs skurar av neutroner, atomkärnornas oladdade partiklar. Processen kallas spallation och är själva poängen med det nära 18 miljarder kronor dyra bygget. Dessa neutroner kan nämligen avslöja strukturer ned på atomnivå och många liknar därför ESS vid världens största mikroskop även om det inte fungerar på samma sätt som ett förstorande ljusmikroskop. Det är när neutronerna passerar genom olika typer av material som man kan räkna ut hur de ser ut.

Förutom att det krävs många och stora byggnader måste ESS uppföras på ett annorlunda sätt jämfört med de flesta andra byggprojekt. Forskarna vill ha den senaste utrustningen och därför får Kent Hedin och hans mannar anpassa metoderna för att ge utrymme för ändringar under byggtiden.

– Vi blandar massa olika typer av byggnation på en tidsskala som är konstig för byggarna. Vissa hus är knappt ritade och andra står i princip färdiga. Men forskare blir aldrig färdiga, de jobbar i cykler och vi har valt att arbeta på så sätt med hela bygget, säger Kent Hedin.

Testkörning av mikroskopet 2019

Än så länge går allt enligt planerna. 2019 kommer det att vara möjligt att testköra mikroskopet, men först 2023 beräknas ESS öppna för externa forskare. Då gäller det att anläggningen blir framgångsrik. Det är inte minst viktigt för värdlandet Sverige som satsat sex miljarder kronor. Genom att ESS lockar forskare och företag från hela världen hoppas man få tillbaka på investeringen, men det kräver arbete.

– Sverige måste vara en aktiv värd och det är viktigt att det finns en stark forskarbas i landet som har möjlighet och intresse av att använda ESS, säger Marie-Louise Ainalem. Hon är själv forskare med erfarenhet av neutronspridning som forskningsmetod, men arbetar idag på ESS med bland annat relationerna till värdlandet Sverige.

– Vi har alla möjligheter i världen att skapa magi här i den skånska myllan, men det kommer inte ske av sig självt.

Den magi hon pratar om handlar om vad som inträffar när forskare möts över gränser, tar intryck av varandra och för vetenskapen framåt. Hon tror att området runt ESS kommer att kunna bli en sådan mötesplats. Granne med ESS ligger redan forskningsanläggningen MAX IV, som också är ett slags mikroskop baserad på röntgenstrålning. Mellan de båda kommer en så kallad “Science Village” att etableras.

Kartlägga kroppsmaskineriet på atomnivå

Just för att Sverige ska få mesta möjliga nytta av att det europeiska jätteprojektet ligger på svensk mark har Vetenskapsrådet tagit fram en strategi som nu ligger på regeringens bord. Mycket handlar om att samordna det svenska värdskapet med alltifrån internationella samarbeten till att den svenska akademin satsar på forskningsfält där ESS kan komma till nytta.

En aspekt som kan leda till att ESS får mer betydelse för svensk forskning är neutronkällans unika prestanda. ESS genererar många gånger fler neutroner än någon annan anläggning i världen och det öppnar för användning inom områden man tidigare inte har associerat tekniken med.

Ett exempel är livsvetenskaperna där det nu kan bli möjligt att kartlägga kroppens biologiska maskineri mer detaljerat än någonsin. Om man till exempel kan avgöra exakt hur atomerna sitter i proteiner på cellernas yta öppnar det en viktig väg mot nya läkemedel som kan påverka cellerna.

Ett annat exempel är arkeologi och möjligheten att studera känsliga fynd utan att förstöra dem. Neutronerna passerar igenom utan att skada och kan avslöja hur föremålen ser ut inifrån och ut. De arkeologiska fynd som gjordes i den gamla åkermarken innan grävmaskinerna kom för att bygga ESS kommer man att kunna studera i neutronmikroskopet när det är klart.

– Man kan helt enkelt genomlysa en värdefull målning eller urna eller liknande utan att föremålet tar skada. Utvecklingen av instrument för att möjliggöra sådana studier på ESS pågår så att vi ska kunna ha det på plats från början, säger Marie-Louise Ainalem.

För närvarande planeras 22 olika forskningsstationer som använder neutronerna som anläggningen genererar, men det blir troligen flera. ESS ska nämligen vara aktivt till minst 2065 och mikroskopet kan komma till användning på sätt som vi idag inte kan förutspå.

Text: Dag Kättström på uppdrag av Forskning.se