Gerald Schut
Onderzoekers in Eindhoven gaan beginnen met de bouw van een uniek nieuw röntgenapparaat: de Smart*Light. Dit apparaat van slechts enkele meters groot kan straks materiaalanalyses uitvoeren, die nu nog alleen in dure en gigantische synchrotrons mogelijk zijn.
Het ambitieuze project ontvangt € 2,85 miljoen subsidie van het Europees fonds voor Regionale Ontwikkeling (Interreg Vlaanderen-Nederland); over drie jaar zou het eerste röntgenkanon klaar moeten zijn.
Röntgenstralen zijn een dankbaar middel om materialen te onderzoeken. Door de korte golflengte (korter dan uv-stralen, langer dan gammastralen) dringen ze makkelijk door in een materiaal en weerkaatsten vervolgens selectief op moleculen onder het oppervlak. Hierdoor is op de bekende ziekenhuisröntgenfoto’s geen huid en weefsel zichtbaar, maar wel kalkrijk botmateriaal met een hogere dichtheid.
Ziekenhuisröntgenstraling uit de klassieke röntgenbuis heeft als onderzoeksmiddel belangrijke beperkingen: het straalt alle kanten op en straalt meerdere, relatief lange golflengtes uit. Om bijvoorbeeld metalen lasnaden of kunstvoorwerpen als schilderijen te onderzoeken, zijn krachtiger en nauwkeuriger röntgenbundels nodig.
Momenteel is dergelijk gespecialiseerd materiaalonderzoek in feite alleen mogelijk bij een van de 70 synchrotrons in de wereld: honderden miljoenen euro’s kostende ronde deeltjesversnellers met de omvang van een sportstadion. Europa’s grootste synchrotron is het ESRF in Grenoble. Gebruik van deze faciliteiten is niet alleen verschrikkelijk duur, het is ook onpraktisch of zelfs vrijwel onmogelijk om peperdure schilderijen naar deze locaties te vervoeren. De praktische obstakels voor kunstonderzoek vormden voor hoofdonderzoeker Jom Luiten van de TU/e en mede-initiator Joris Dik (kunsthistoricus, TU Delft) de inspiratie om een hoogenergetisch miniröntgenkanon te willen bouwen.
In de Smart*Light botst straks een elektronenbundel met bijna-lichtsnelheid op een laserbundel. Beide bundels hebben met 10 µm een diameter van minder dan een tiende van een haar. Bij de botsing ontstaat zogenoemde hoog-intense coherente röntgenstraling: straling met veel energie en een heel specifieke erg korte golflengte. Dit is het soort straling, dat tegenwoordig nog alleen in een synchrotron kan worden opgewekt. Daarom wordt het instrument in pers- en nieuwsberichten veelal een ‘mini-synchrotron’ genoemd, hoewel het dat niet is. De straling wordt niet opgewekt met magneten, maar via een laser. De techniek is anders, de uitkomst is vergelijkbaar.
Luiten herhaalt enkele malen enthousiast dat de tijd rijp is voor de Smart*Light. De theorie was al enkele decennia bekend. Maar pas sinds kort zijn zowel voor het vormen van de elektronenbundel als voor de laserbundel belangrijke technologische stappen gezet, waardoor een dergelijk apparaat mogelijk wordt. Het Nederlandse VDL is er bij het CERN in geslaagd om dankzij nieuwe technologie (X band) de minimale omvang van de elektronenversneller met een factor 5 à 10 te reduceren, waardoor het Eindhovense apparaat straks slechts enkele meters groot hoeft te zijn. Ook de lasertechnologie is onlangs zo sterk verbeterd dat de Smart*Light straks met grote precisie kan functioneren. Tien jaar geleden probeerden onderzoekers van Stanford al een vergelijkbaar apparaat te bouwen, maar door de onderontwikkelde technologie was het apparaat erg gebruiksonvriendelijk. Ze verkochten er slechts één. Luiten: ‘Vanaf de jaren ‘70 waren er al voorstellen voor zo’n soort bron, maar tot nu waren de appraten simpelweg niet goed genoeg.’
Volgens Luiten liggen daar de grootste uitdagingen: betrouwbaarheid en gebruiksvriendelijkheid. De botsing van de laser op de elektronen is natuurkundig een hachelijke zaak. Zelfs bij perfecte positionering wordt op zijn hoogst slechts een miljardste van een miljardste van de laserbundel omgezet in röntgenstraling. Het is dus zaak om voor stabiele, krachtige bundels te zorgen, zodat er toch voortdurend botsingen plaatsvinden. Luiten: ‘En dat is nog nooit gedaan.’
Voor de Smart*Light werken verschillende Nederlandse en Belgische universiteiten samen met bedrijven en musea. Misschien zijn er over tien jaar in Nederland zomaar enkele tientallen Smart*Lights te vinden, speculeert Luiten. ‘De inspiratie kwam vanuit de kunst, maar marktonderzoek van VDL liet zien dat er onder alle materiaalkundigen brede interesse is in zo’n apparaat. Je kunt straks dingen onderzoeken die nu onmogelijk zijn, dus in feite creëren we een heel nieuwe markt.’
