Artikkel

Snublet over ny teknologi: Overraskende resultat kan krympe akseleratorer

Plasmalinse under uttesting ved CLEAR på CERN
Plasmalinse under uttesting ved CLEAR på CERN. Foto: Kyrre N. Sjøbæk/UiO

Snublet over ny teknologi: Overraskende resultat kan krympe akseleratorer

– Det er helt utrolig, og veldig inspirerende, hvor mye du kan lære av rett og slett å gjøre eksperimentet selv, sier forsker Carl Andreas Lindstrøm. Han og kollegene skulle bare gjøre en forholdsvis grei måling som andre hadde gjort tidligere, men endte opp med å gjøre en oppdagelse som kan komme fysikere, medisinere og industri til gode.

Carl Andreas Lindstrøm holdt på med en doktorgrad i akseleratorfysikk da han og kolleger fra blant annet UiO, CERN, DESY og University of Oxford gjennomførte eksperimentet ved CERN Linear Electron Accelerator Research Center (CLEAR).

Partikkelakseleratorer er et ektefødt barn av grunnleggende fysikkforskning. Teknologien er utviklet, og forbedres stadig, for å undersøke hvordan verden henger sammen på de minste skalaene. Akseleratorer er tatt i bruk på en rekke områder i samfunnet, blant annet til strålebehandling av kreft.

Kompakte akseleratorer

I tillegg til å utvikle kraftigere akseleratorer, jobber akseleratorfysikerne også med å lage dem mindre og mer kompakte. For å få til det, må de ta helt nye prinsipper i bruk.

For at partikkelakseleratorer skal være nyttige, må de – i tillegg til å akselerere partikler – kunne samle partiklene til en tynn stråle. Ingen vits i å kunne akselerere partikler hvis du ikke kan treffe det du ønsker, enten det er andre partikler, kreftsvulster eller materialer som er målskiva.

I kontrollrommet ved CLEAR på CERN: (fra venstre) Kyrre N. Sjøbæk, Carl A. Lindstrøm og prosjektleder Erik Adli fra UiO, Martin Meisel og Lucas Schaper fra DESY
I kontrollrommet ved CLEAR på CERN: Kyrre N. Sjøbæk (t.v.), Carl A. Lindstrøm og prosjektleder Erik Adli fra UiO, Martin Meisel og Lucas Schaper fra DESY. Foto: Wilfrid Farabolini/CLEAR User Facility

I dagens akseleratorer brukes magneter til å fokusere partikkelstrålen. Et lovende konsept for å lage kraftige magnetfelt for kompakte akseleratorer er aktive plasma-linser. I en plasmalinse lages magnetfeltet ved å sende en puls elektrisk strøm gjennom et tynt rør med ionisert gass, et plasma.

Vi skulle bare måle litt...

Og da er vi ved en hake ved plasmalinsene: Strømmen varmer opp gassen ujevnt. Det igjen fører til forvrengninger av partikkelstrålen. Det tekniske begrepet er aberrasjon.

Effekten av denne forvrengningen var det Lindstrøm og de andre forskerne skulle måle. Først satte de opp et eksperiment med en plasmalinse fylt med heliumgass.

– Vi hadde designet eksperimentet på nesten samme måte som andre forskningsgrupper har gjort før, forteller Lindstrøm. – Men fordi vi brukte et litt annet oppsett, virket det ikke.

Etterhvert ga forskerne opp og gikk til plan B: De byttet ut helium med argon, og med det fikk de eksperimentet til å gå.

Feilen som forsvant

Men da de skulle gå i gang med å måle forvrengningen i plasmalinsa, klarte de ikke finne noe.

– Vi målte igjen og igjen, alltid med samme resultat: Ingen forvrengning, sier Lindstrøm.

– Først trodde vi at de andre laboratoriene kanskje hadde gjort noe feil, siden vi brukte en annen metode som skulle være mer presis. Til slutt greide vi å gjennomføre eksperimentet også med helium, og da dukket forvrengningen opp igjen. Da forsto vi at vi hadde snublet over noe interessant!

Aktiv plasmalinse med helium (til venstre) og argon.
Aktiv plasmalinse med helium (t.v.) og argon. Foto: Kyrre N. Sjøbæk/UiO

Ved å bruke argon istedenfor helium forsvant med andre ord et av de største problemene med aktive plasmalinser. Dermed er en viktig komponent i framtidige akseleratorer ett skritt nærmere.

Argon-mysteriet

Men hva er det med argon som gjør den bedre egnet enn helium? Etter en god del grubling og eksperimentering forklarer forskerne det slik:

Argon er mye tyngre enn helium. Varmeoverføring går saktere i en tung gass enn i en lett gass. Derfor rekker rett og slett ikke forvrengning å bygge seg opp innen plasmalinsa brukes til å fokusere en partikkelstråle.

– Og hva skjer nå med plasmalinsene?

– Eksperimentene fortsetter, forteller Lindstrøm. – Blant annet ønsker vi å finne ut hvor sterke disse linsene med tyngre gass (som argon) kan lages før andre problemer oppstår.

Kontakt:

Erik Adli, akselaratorfysiker og Lindstrøms veileder

Mer på Titan.uio.no:

Les også

Nico König, doktorgradsstipendiat ved Kjemisk institutt

Vil frakte målsøkende medisiner rundt i kroppen i ørsmå molekyl-esker

Forsker Nico König bruker verdens største instrumenter til å undersøke noen av verdens minste strukturer. Målet er å utvikle molekyler som bygger seg selv sammen til bittesmå "esker" som skal kunne frakte målsøkende medisiner rundt i kroppen og slippe dem ut igjen bare der de kan virke helbredende.