Röntgenlab voor materiaalonderzoek in de maak

Onderzoeksinstituut Differ en de TU Eindhoven (TU/e) gaan samenwerken. Ze zetten samen de schouders onder de bouw van een nationale faciliteit voor onderzoek met röntgenstraling van hoge energie. Voor dit soort onderzoek moeten Nederlandse onderzoekers nu nog dure en schaarse tijd reserveren bij enorme synchrotrons in het buitenland. Daar komt binnenkort verandering in.

Robert-Jan Smits, voorzitter van het College van Bestuur van de TU/e en Differ-directeur Marco de Baar, tekenden een Memorandum of Understanding met betrekking tot de bouw van een röntgenlab. Het doel ervan is om op termijn bij Differ in Eindhoven een onderzoeksfaciliteit te realiseren op basis van de technologie die is ontwikkeld onder leiding van TU/e-hoogleraar Jom Luiten, binnen het Interreg-consortium Smart*Light.

Smart*Light

In het Smart*Light project wordt een compacte en verplaatsbare bron van zeer heldere röntgenstraling met instelbare golflengte ontwikkeld, een ‘tafelmodel synchrotron’. Synchrotrons zijn lichtbronnen, gebaseerd op circulaire deeltjesversnellers. Ze zijn al tientallen jaren de werkpaarden van het röntgenonderzoek waarmee heel nauwkeurig in materialen kan worden gekeken. Dit zijn echter enorme installaties, met een doorsnede van honderden meters, en zeer hoge kosten. Nederland heeft geen synchrotron, en in Europa is er slechts een tiental.

Alternatieve technologie

Volgens hoogleraar Jom Luiten zijn de Synchrotons zo gewild dat er enorme wachtlijsten zijn om ze te gebruiken. Dit zorgt voor een rem op diverse onderzoeksgebieden. Daarnaast zijn lange duurproeven evenmin mogelijk. Daarom werdt de SmartLight ontwikkeld. Het is een een alternatieve technologie die met een opstelling van slechts enkele meters min of meer hetzelfde kan: het genereren van extreem heldere en coherente röntgenbundels, waarbij het ook nog mogelijk is om snel de energie te variëren.

Botsingen tussen laser en elektronen

SmartLight maakt gebruik van nieuwe versnellertechnologie om laserlicht om te zetten in intense en coherente röntgenstraling door deze te laten botsen (via ‘inverse Compton scattering’) met een hoogenergetische bundel elektronen. Met deze straling kunnen vervolgens state-of-the-art analyses worden uitgevoerd die van waarde zijn voor diverse maatschappelijke sectoren. Hoewel SmartLight niet tot doel heeft bestaande synchrotronfaciliteiten te vervangen, zal het dankzij het compacte ontwerp wel een belangrijke aanvulling hierop vormen. Gebruikers zullen daardoor minder afhankelijk zijn van de schaarse meettijd bij grote synchrotrons.

De eerste proeven

Het prototype van Smart*Light is zo goed als klaar. Luiten verwacht dit jaar de eerste proeven te doen. Daarnaast wordt gewerkt aan de doorontwikkeling van proefopstelling naar een robuuste gebruikersfaciliteit, waarbij ook meerder gebruikers met meerdere vragen en gebruikerseisen kunnen worden bediend. In een volgende fase zal hardere röntgenstraling opgewekt gaan worden voor het onderzoek aan objecten met een hoge dichtheid. Ook de lichtintensiteit wordt verder vergroot, zodat het voor nog meer toepassingen geschikt is.

Toepassingsgebieden

Met het röntgenlab kunnen nieuwe materialen worden ontwikkeld die nodig zijn voor duurzame energie, bijvoorbeeld voor een kernfusiereactor of voor waterstofproductie. Maar er zal ook grote vraag zijn vanuit medisch onderzoek, nanotechnologie, onderzoek naar metaalmoeheid en onderzoek naar oude kunst – denk aan het ontdekken van overgeschilderde verflagen in oude meesters.

Operationeel

De nieuwe onderzoeksfaciliteit die Differ en TU/e ontwikkelen moet over enkele jaren operationeel zijn. De partijen staan open voor samenwerking met derden. Het plan past binnen de ambitie van het ministerie van OCW om de nationale onderzoeksinfrastructuur te versterken.

Samenwerken

Differ-directeur Marco de Baar over de nieuwe onderzoeksfaciliteit: “Op Differ ontwikkelen en onderzoeken we materialen voor de energietransitie. We doen dat het liefst samen met anderen: bedrijven en onderzoekers van buiten. De ontwikkeling van deze X-ray-faciliteit past in onze lijn om complexe meetinstrumenten te ontwikkelen en open te stellen voor materialenonderzoek voor energietoepassingen. Deze toekomstige faciliteit maakt het mogelijk betere analyses te maken van nieuwe materialen, bijvoorbeeld voor elektrodes en katalysatoren. Wij zijn dan ook gelukkig met deze stap.”

Bronnen: TU/e en Smart*Light
Beeld: TU/e