Veritas ska fånga ljuset från MAX IV

Mitt ute på den skånska slätten ligger experimentanläggningen MAX IV. Själva centrum i byggnaden är den stora synkrotronljusringen, till vilket ett antal strålrör ska kopplas. Av de sju första strålrören som byggs, är det bara Veritas som projektleds utanför Lunds universitet.

– Det är ett sätt att bygga vidare på traditionen här i Uppsala. Vi har varit väldigt aktiva med att placera utrustning och även driva utrustning på MAX-lab. När det blev dags att bygga det här strålröret så visste de att vi hade kompetensen att göra det, säger projektledaren Marcus Agåker.

Han långpendlar mellan Uppsala och Lund och finns på plats när Universen besöker MAX IV en blåsig måndag i januari. Vid sin sida har han Conny Såthe, som är anställd vid Lunds universitet. Han ska stå för den dagliga ruljansen vid Veritas när strålröret tas i drift.

– Mitt jobb är att stötta forskningen och hjälpa forskare att sätta upp sina experiment, säger han.

När vi kliver in i experimenthallen är det lugnt och tyst, förutom ljudet av fläktar. Vi kryssar fram mellan kartonger, långa rör och tekniska apparater som väntar på att installeras.

En bit in i lokalen pågår uppbyggnaden av strålröret Veritas. Delar av det 57 meter långa strålröret är klart men i experimentrummet är det ännu ganska tomt.

Här saknas fortfarande själva experimentstationen och det stora lilafärgade analysinstrumentet är än så länge bara ett skal. Det är delar till dessa instrument som har byggts i verkstaden på Ångströmlaboratoriet, av verkstadens skickliga konstruktörer och instrumentmakare.

– Vi har inga kommersiella intressen, så vi kan tillåta oss att lägga mer tid och tillverkningstid på att göra en mer avancerad pryl med bättre prestanda. Det är en del av vårt arv i Uppsala, den här nästan hundraåriga traditionen av att bygga experimentutrustning, säger Marcus Agåker.

Under våren kommer Veritas att vara färdigt att tas i drift och till hösten kan de första experimenten utföras. Huvudtekniken är en typ av mjukröntgenspridning (RIXS) och det finns unik kompetens i Uppsala. Jan-Erik Rubensson, professor i fysik, ser med spänning fram emot att testa tekniken vid MAX IV.

– Det handlar egentligen om att analysera röntgenstrålning väldigt noggrant. Vi gör ett innerhål i materialen och tittar på ljuset som strålar ut budskap från mikrovärlden. De handlar om hur elektronerna rör sig och kan vi förstå dem förstår vi också grunden för materialens egenskaper.

Forskning om detta har funnits vid Uppsala universitet länge och 1924 fick Manne Siegbahn nobelpris för sina ”röntgenspektroskopiska upptäckter och forskningar”. Den senaste tiden har tekniken utvecklats, berättar Jan-Erik Rubensson:

– Idag ser vi detaljer som vi knappast kunde drömma om bara för några år sedan.

Rummet där experimenten ska ske har rundade väggar och är stort och rymligt. Själva experimentstationen kan nämligen rotera horisontellt i 120 grader och det 10 meter långa analysinstrumentet roterar med experimentstationen.

Här kommer det att öppnas nya möjligheter för grundforskningen i fysik men också för annan, mer tillämpad forskning inom kemi och biologi. Med den här tekniken blir det möjligt att studera processer medan de pågår och olika ämnen i sin naturliga miljö.

– Vi kan titta på alla typer av kemiska reaktioner. I batterier kan vi till exempel öppna ett fönster rakt in i elektrolyten och titta vad som händer med anod och katod medan vi kör batteriet. I solcellen kan vi studera materialet samtidigt som vi belyser det med en UV-lampa eller synligt ljus, säger Marcus Agåker.

Den nya tekniken har lett till ökad precision. För att kunna dra nytta av synkrotronljuset, med en ljuskälla som bara är en mikrometer, måste strålröret vara mycket stabilt. Det har varit den stora utmaningen med att bygga Veritas.

– Stabiliteten är viktig när man har långa strålgångar där ljuset måste komma rätt på mikrometernivå. Även tio meter långa instrument måste ändå hålla den här precisionen, säger Jan-Erik Rubensson.

Under våren ska strålröret testas, i nära samarbete med forskare vid Lunds universitet. Två doktorander har anställts som kommer att jobba vid Veritas, dels med egen forskning och dels med att hjälpa andra forskare.

Med delat handledarskap vid Lunds universitet och Uppsala universitet kommer doktoranderna att utbildas i Uppsala och utföra experiment vid Max IV.

– De här studenterna kommer att ha en väldig fördel av att få vara en del av den experimentella verksamheten, säger Marcus Agåker och får medhåll av Jan-Erik Rubensson:

– Vi hoppas ju på att det blir så attraktivt att många av de ledande experterna kommer dit. Doktoranderna kommer att interagera med dem samtidigt som de själva har den djupaste kunskapen av instrumenteringen och tekniken. Den kombinationen kan bli hur bra som helst.
 

Fakta

Uppsala universitet har haft projektledaransvar för uppbyggnaden av strålröret Veritas, som är 57 meter långt. Ljuset vandrar en lång väg från källan till experimentstationen. Så går det till:

1. Källan – en magnetstruktur som sitter inne i lagringsringen – producerar röntgenstrålning genom att få de lagrade elektronerna att svänga fram och tillbaka, vilket gör att de sänder ut röntgenljus.
2. Ljuset leds ut från lagringsringen och in i strålröret där en monokromator väljer ut en viss våglängd som skickas vidare i röret. Våglängden bestäms av forskarna som utför experimentet.
3. Ljuset formas och styrs under hela sin färd genom strålröret av högkvalitativa röntgenspeglar som monteras i femaxliga motoriserade spegelkammare.
4. Till sist når ljuset experimentstationen. Den här delen är unik för varje strålrör och består oftast av någon form av provhanteringssystem samt ett eller flera analysinstrument. I Uppsala finns unik kompetens inom resonant inelastisk mjukröntgenspridning (RIXS) som är huvudtekniken på Veritas.

Annica Hulth