Forskning med hjälp av röntgen

Att göra det osynliga synligt

Synkrotronljuset (intensiv röntgen) som tillverkas på MAX IV betyder mycket för forskning inom materialvetenskaperna, liksom för bioteknik, medicin, energi och miljö.

Materialvetenskap
På MAX IV kan vi studera material, molekyl för molekyl, atom för atom. På den nivån upptäcker man märkliga strukturer som nanotuber och nanotrådar med nya överraskande egenskaper. Ytor med speciella egenskaper kan ge oss känsligare sensorer och effektivare katalysatorer. Nya material kommer att revolutionera batterier, solceller, lysdioder och mobiltelefoner. Man kan också följa blixtsnabba kemiska processer i realtid. Detta kan lära oss mer om hur växter omvandlar solljus till energi och kanske leda till en ny form av energiproduktion: konstgjord fotosyntes.

Miljörelaterad forskning

Undersökningar av vissa material kan vara betydelsefulla för miljöteknikens utveckling. Exempelvis undersöker man egenskaperna hos olika berggrunder med tanke på säker slutförvaring av kärnkraftsavfall. Forskare har också undersökt filter som används för att avsalta havsvatten för att kunna förbättra dessa filter. Andra forskare försöker förbättra materialen i bränsleceller, för att eventuellt skapa ett miljövänligt sätt att producera energi i framtiden. Med ny teknik kan man undersöka extremt tunna skikt av vattenytor. En bättre förståelse av dynamiken mellan hav, luft och moln kan ge oss nya viktiga insikter om jordens klimatsystem och hur dessa förändras.

Bioteknik
Våren 2020 undersöktes en del av SARS-CoV-2 virusets RNA vid MAX IV. Syftet var att förstå hur viruset förökar sig och att därmed kunna ”stänga av” den funktionen. Det skulle betyda att viruset snabbt dör och försvinner ur kroppen. Den metod som används för att strukturbestämma dessa stora molekyler kallas röntgendiffraktion. Man kristalliserar proteinet och låter röntgenstrålning brytas genom kristallen. Bestämningar av proteiner som denna kommer att kunna göras ännu snabbare vid MAX IV.

Fotocred bildgalleri: Kennet Ruona

I den här filmen får du veta mer om hur MAX IV-laboratoriet kom till och dess betydelse för forskningen. Du får en överblick över hur anläggningen är uppbyggd, hur den fungerar, ta del av spännande forskningsområden som strukturell biologi: hur proteiner är uppbyggda på atomnivå, och hur antibiotikaresistensproteiner kan känna igen antibiotika  – och du får veta hur det gick till när en lakansmangel blev viktig i bygget av MAX I!

Följ med på en rundvisning av MAX IV-laboratoriet med Sverker Werin, professor i acceleratorfysik!

Här får du ser hur elektroner accelereras med hjälp av elektronkanoner och sedan leds i en bana runt lagringsringarna där elektronernas energi omvandlas till röntgenljus. Röntgenljuset används av forskare från hela världen för att studera material på molekyl- och atomnivå.

Scintillators

Scintillatorer är material som kan avge ljus i det synliga området när de exciteras av joniserande strålning som t.ex. röntgenstrålar, gammastrålar eller högenergipartiklar. Dessa material används inom många områden, från högenergifysik till Positron Emission Tomography (PET) för medicinsk bildbehandling. Många forskningsprojekt försöker identifiera och konstruera bättre och snabbare scintillatorer.

Nanowires

Nanostrukturer finns i t.ex. batterier och solceller. Att förstå hur olika material påverkar varandra när de monteras ihop för att bli den färdiga produkten är viktigt. Det man helst vill kunna göra är att ”se” hur materialet ser ut och beter sig under verkliga förhållanden (in situ och in operando). Röntgen-nanodiffraktion och avbildning är ett sätt att göra det.

Nedladdningsbart material

Scintillators

Nanowires

Ligninkatalysatorer

Lignin är en växtpolymer som näst cellulosa är den vanligaste i naturen. Av lignin, en restprodukt vid pappersmassetillverkning, kan man framställa biobränsle. För att lyckas behövs en bra katalysator. En prototyp av en sådan katalysator har ett forskarlag från Lund tillsammans med RISE lyckats utveckla

Atomvibrationer

De atomer som bygger upp olika material rör sig hela tiden. Oftast märker vi inte det, förutom när materialet genomgår fasförändring t.ex. när en bit metall eller en isbit värms upp och smälter. Med laserpulser kan man åstadkomma fasförändring fast utan värme. Kunskapen om hur laserstyrd fasförändring fungerar ger forskare möjlighet att utveckla nya material och produkter för hur vi kan spara data.

Nedladdningsbart material

Ligninkatalysatorer

Atomvibrationer

Syntetisk gas

Syntetiska bränslen kan vara en nyckel till utveckling av icke-fossila bränslen för industriellt bruk. Produktionen av syntetiska bränslen baseras på syngas (syntesgas), en blandning av kolmonoxid och väte från t.ex. naturgas, kol, biomassa och förnybar energi. Med utgångspunkt i syngas kan syntetiska bränslen produceras genom Fischer-Tropsch-reaktionen. En bättre förståelse av denna komplexa reaktion kan förbättra dess effektiviteten.

Växtreceptorer

Växter har utvecklat ett sätt att skilja mellan nyttiga och farliga bakterier med hjälp av så kallade recpetorer. Denna process använder de för att bilda symbios med nyttiga bakterier, t.ex. rhizobia som ökar kväveupptaget i grönsaker. Processen skyddar också från invaderande mikrober. Exakt hur processen fungerar kan studeras med hjälp av strukturanalys av de proteiner som är delaktiga i processen.

Nedladdningsbart material

Syntetisk gas

Växtreceptorer

Borofen

Tvådimensionella material (endast ett atomlager tjocka) med speciella egenskaper – att de leder värme eller ström och är väldigt starka – är mycket intressanta inom forskningen. De kan t.ex. bidra till utveckling av bättre katalysatorer och elektrokemiska applikationer. Upptäckten av ett av dem, grafen, fick Nobelpriset i fysik 2004. Borofen, ett kristalliskt monolager av boron, är ett material av samma sort som har undersökts med hjälp av röntgen.

Askor

Varje år bränns mer än en miljon ton skräp i Sverige. Det ger fjärrvärme men också askor. Dessa består av flygaska som läggs på deponier och av bottenaska som ofta används vid vägbyggen. Bottenaskan skulle dock kunna återanvändas och därmed minska uttaget av råmaterial från vår planet. För att göra det behöver man veta det exakta kemiska innehållet och det kan undersökas med hjälp av röntgen.

Nedladdningsbart material

Borofen

Askor

Undrar du över något? Ställ en fråga till utställaren!

0 Frågor och svar
Inline Feedbacks
Visa alla kommentarer