Stora forskningsanläggningar väntar på svenska experiment

Del av European Spallation Source (ESS) i Lund

Tänk dig att se exakt vad som händer i olika material när du hettar upp dem 1000 grader. Alltså inte att du ser vad som hänt med materialet efteråt när det svalnat, utan hur atomerna reagerar när de faktiskt befinner sig vid extrema temperaturer.

Susanne Norgren är adjungerad professor vid avdelningen för industriell produktion vid Lunds universitet och samtidigt koncernexpert inom materialdesign på Sandvik. Hon beskriver hur hon i sitt arbete använder sig av stora synkrotronljus- och neutronanläggningar för att få bättre kunskaper om materialen som koncernen jobbar med.

– Föreställ dig att du kan se igenom ett kinderägg vad som finns inuti utan att ta av folien. Det är de möjligheterna som synkrotronljus och neutronkällor ger oss, att se inuti materialen. Med de ökade kunskaperna kan materialtekniken i hela världen lyftas, säger Susanne Norgren. 

Vad det handlar om är de forskningsinfrastrukturer, toppmoderna experimentanläggningar där avancerade forskningsprojekt bedrivs, och som Europa under de senaste åren har investerat betydande summor i. Forskningsanläggningarna ska förse forskare från den akademiska världen och industrin med instrument och tekniska resurser och bidra till innovationer och lösningar på olika utmaningar som samhället står inför. Sverige, och Vinnova, är via Vetenskapsrådet med och finansierar en rad forskningsinfrastrukturer i både Sverige och andra länder. 

European Spallation Source (ESS) utanför Lund

Flera av anläggningarna, som till exempel MAX IV i Lund, hanterar just synkrotronljus, en energirik slags röntgenstrålning som används för att bestämma egenskaper hos olika ämnen. Handlar det om hårdmetall, något som Sandvik arbetar med både inom bergborrning och skärande bearbetning, behövs i stället ofta neutroner för att det ska gå att mäta vad som sker ner på atomnivå när materialen utsätts för olika experiment, temperaturer och belastning. Neutronkällor finns på ett fåtal anläggningar över hela världen, men när nya anläggningen ESS, European Spallation Source, även den i Lund, tas i bruk på allvar 2028, innebär det att världens starkaste neutronkälla kommer att finnas på svensk mark.

– Personligen tror jag det kommer att ha stor betydelse för svensk industri att få en ökad närhet till sådana anläggningar, eftersom vi har mycket industri som tillverkar komponenter i metaller, säger Susanne Norgren.

Men det är också viktigt att förstå att det handlar om grundforskning som utförs vid anläggningarna och inte regelrätt produktutveckling, poängterar hon. Resultaten av grundforskningen är däremot en förutsättning för att utveckla och ta fram nya produkter.

– Det vi är ute efter är förståelsen. Därefter kan företag med kunskap om vad förståelsen kan användas till fundera på hur de skapar något bättre, säger Susanne Norgren.

“En gemensam resurs”

Gustaf Mårtensson, expert på komplexa vätskor på industriföretaget Mycronic och med forskaranknytning till KTH, förklarar sig med hjälp av en ketchupflaska. Trycker du hårt och snabbt på båda sidorna av flaskan skjuter du ut en mindre mängd ketchup i hög hastighet. Var har det här då med Mycronic, som tillverkar avancerad produktionsutrustning åt elektronikindustrin, att göra?

– Elektronik blir alltmer miniatyriserad. Våra verktyg placerar komponenter och ledande material på kretskort och du måste ha allt större kontroll var du lägger dina pyttesmå metallhögar. För det har vi utvecklat särskilda slags skrivare som skjuter ut materialen, säger Gustaf Mårtensson.

Men vad händer exakt när skrivaren skjuter ut Mycronics särskilda vätska med konsistensen av typ tandkräm – eller möjligen ketchup – fylld med metallsfärer i storleken av röda blodkroppar och i högar tunna som hårstrån?

För att förstå det krävs både riktigt bra röntgenljus och en riktigt bra kamera.

I Grenoble i Frankrike finns forskningsanläggningen ESRF (European Synchrotron Radiation Facility), Europas största synkrotronljusanläggning och som har sin styrka inom hårdröntgenområdet. Genom att höghastighetsfilma vätskan i själva utskjutningsprocessen bakom lager av stål och aluminium med synkrotronröntgen och en kamera som klarar av att ta 2,1 miljoner bilder per sekund, kunde Gustaf och hans kollegor testa sina teorier och följa vätskans rörelse och hur metallsfärerna betedde sig under det enormt snabba händelseförloppet. 

– Det här är ju en sådan avancerad teknik som inte ens de största företagen kan bygga upp. Det slog mig när jag var där att det är rätt fantastiskt att det här är en gemensam resurs som man kan bjuda in sig till och att det är helt avgörande om du vill vara med och pressa teknikgränserna, säger han.

Gustaf Mårtensson och hans kollegor fick precis den data de ville ha. Förhoppningen är nu att företaget med de nya kunskaperna i förlängningen ska kunna förädla skrivardesignen och i sin tur ge ökad processkontroll för att bygga mindre kretskort med lägre energiåtgång. Ett lyckat experiment med andra ord, men Gustaf Mårtensson påpekar att det trots fördelarna inte är helt självklart att företagen söker sig till forskningsinfrastrukturer för att öka sina kunskaper.

– Ofta är du upptagen med egna projekt och det krävs också en viss organisation i företagen internt för att våga titta längre fram. Tack vare mina förebilder och forskarkontakter internt och på KTH och möjligheten att söka stöd från Vinnova blev det enklare. Nästa gång blir det lättare att ta kontakt själva med ESRF, säger han och fortsätter:

– Det viktigaste vi kan göra nu är att presentera våra resultat och publicera arbetet och berätta för andra att de här forskningsinfrastrukturerna finns, att de inte är tokdyra, är lätta att samarbeta med och framför allt – vad vi får ut av det för vårt utvecklingsarbete. 

På länken nedan kan du läsa mer om hur Vinnova arbetar med att stärka förutsättningarna för ökad och breddad användning av avancerad forsknings- och innovationsstruktur, samt en sammanställning av tidigare finansierade projekt.

Kompetensuppbyggnad och användning - MAX IV och ESS

Korta vägarna för företagen

Inom projektet SPIRIT är Pia Kinhult i färd med att förbereda slutrapporteringen av det uppdrag som löpt under ett års tid. Kort uttryckt har det bland annat handlat om att hitta vägar för hur industriella aktörer ska ta sig till de stora forskningsanläggningarna, med fokus på MAX IV och nya ESS. 

– Sverige har hamnat i en helt ny jätteintressant global position i och med att vi är värdland för forskningsinfrastrukturer, som MAX IV, Scilifelab och ESS. Inom lifescience har vi tagit gigantiska steg, nu gäller det att alla andra hinner ifatt och förstår vilken potential som finns, säger Pia Kinhult, som är projektledare för SPIRIT, men annars har rollen som Head of Host States Relations på ESS.

Under projektets gång har en rad stora utmaningar identifierats, både gällande industrierna och företagens miljö de jobbar och verkar i, samt hur de i sin tur ska ta sig möjligheten att nyttja de stora forskningsanläggningarna som ett led i att hitta lösningar på sina och samhällets utmaningar. 

Vad både Pia Kinhult, Susanne Norgren och Gustaf Mårtensson lyfter som en knäckfråga för de industriella aktörerna att hitta till anläggningarna, är vikten av samarbete mellan industri och akademi. För att ta en teori och ett experiment vidare till en forskningsinfrastrukturanläggning av typen MAX IV och ESS är, krävs samarbete mellan forskare och företag.

– Det är inte aktuellt att kontakta vem som helst utan det behöver vara någon som har förståelse för de material du håller på med, konstaterar Susanne Norgren.

De allra flesta projekt går dessutom via de instegsmiljöer och laboratorium som återfinns hos våra lärosäten för att utröna om teorierna och materialen behöver testas vid de större anläggningarna. Ibland blir labbresultaten tillräckliga redan då. Att öka tillgängligheten till de här instegsmiljöerna på olika sätt är ett av SPIRITs förslag.

– Vi behöver korta vägarna mellan aktörerna och ge en annan typ av stöd till de funktioner som idag har samverkansuppdragen med industrin inom akademin, allra helst för att kunna skapa långsiktiga relationer och intelligenta partnerskap, säger Pia Kinhult. 

Både för Susanne Norgren och Gustaf Mårtensson har det i de här fallen underlättat att ha fötterna inom såväl den akademiska världen som företagsvärlden. Inom de nordiska länderna saknas annars ofta de öppna dörrarna mellan de olika världarna, som är mer vanligt förekommande i till exempel de anglosaxiska länderna. Susanne betonar vikten av lyhördhet och öppenhet mellan de olika aktörerna.

– Ofta förstår den som kommer från industrin materialet och applikationen bättre, medan akademin är den som kan mättekniken. Men båda behövs för att experimentet ska bli framgångsrikt, säger Susanne Norgren.