Röntgenpulsgenerator för synkrotrontillämpningar
- Diarienummer
- ITM24-0323
- Projektledare
- DAmario, Luca
- Start- och slutdatum
- 260401-290331
- Beviljat belopp
- 9 821 500 kr
- Förvaltande organisation
- Uppsala University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Det föreslagna projektet syftar till att utveckla en röntgenljusmodulator (XMod) för synkrotronstrålrör, vilket möjliggör tidsupplösning på nanosekundsskalan med befintliga "långsamma" detektorsystem. XMod kommer att bana väg för viktiga materialkarakteriseringsstudier inom strategiska områden såsom elektrolysatorer och bränsleceller, funktionell enzymologi, batterier och avancerad tillverkning. Projektets huvudsakliga mål är: (1) att bygga och testa en högfrekvent röntgenmodulator som kan generera 100 ns-pulser, (2) att implementera tidsupplöst (TR) röntgenspektroskopi med XMod vid Balder-strålröret (MAX IV), (3) att demonstrera XMods portabilitet vid DanMAX (diffraktion) och BACH- strålröret (mjuka röntgenstrålar), och (4) att utforska kommersialisering genom IP-skydd och industriella samarbeten. Projektet inkluderar anställning av två postdoktorer som tillsammans med projektledaren, och fem akademiska och industriella samarbetspartners, kommer att genomföra arbetet. Arbetsplanen omfattar design och tillverkning av prototypen vid Uppsala universitet (år 1), demonstration av funktionalitet vid Balder-strålröret på MAX IV (år 2), demonstration av portabilitet (år 3) vid DanMAX och BACH-strålrören på MAX IV och Elettra (Italien), samt arbete med att kommersialisera prototypen (alla tre år). Med XMod förväntar vi oss att kunna genomföra mekanistiska studier som karakteriserar funktionella material med olika tekniker, genom att använda en enda enhet.
Populärvetenskaplig beskrivning
En av vetenskapens viktigaste roller är att förklara hur materia fungerar, så att vi kan använda denna kunskap för att utveckla ny teknologi. Idag är tekniska framsteg beroende av utvecklingen av funktionella material, det vill säga kemiska föreningar med specifika egenskaper som gör att de kan utföra ett visst arbete. Exempel inkluderar harts/resin för 3D-skrivare, ljusemitterande molekyler i LED-lampor och material för lagring av kvantbitar. För att skapa ny teknologi måste vi förstå dessa material på atomnivå. Röntgenspektroskopi är ett kraftfullt verktyg som gör det möjligt att studera hur atomer i ett material interagerar och förändras under användning. Vid synkrotronanläggningar kan dessa tekniker användas med extrem precision. Sverige har nyligen byggt en av världens mest avancerade synkrotroner, MAX IV, särskilt utformad för att analysera funktionella material. Trots detta är en stor del av informationen om hur vissa material fungerar fortfarande otillgänglig. Dessa material är avgörande för energiomvandling (katalysatorer), energilagring (batterier) och avancerad tillverkning (elektronik, medicinteknik). Problemet ligger i de tidskalor som kemiska processer sker inom. Dagens röntgentekniker kan antingen studera mycket snabba processer (femtosekundsskala) eller långsamma förlopp (sekunder). De viktigaste mekanismerna – molekylära interaktioner och bindningsomstrukturering – sker dock i tidsintervallet nanosekunder till sekunder, vilket ej finns att tillgå med nuvarande teknik. Detta projekt utvecklar XMod, en portabel röntgenpulsgenerator för befintliga synkrotronanläggningar. XMod fungerar som en snabb elektronisk slutare som delar upp röntgenstrålen i korta, exakt tidsinställda pulser. Dessa möjliggör studier av ultrasnabba förändringar i material som aktiveras av ljus eller elektricitet. Det unika med XMod är att det fungerar med befintliga (långsamma) detektorer, vilket eliminerar behovet av kostsamma uppgraderingar. XMod kommer att utvecklas i samarbete med MAX IV och testas vid Balder- och DanMAX-strålrören, samt installeras vid BACH-strålröret vid Elettra-synkrotronen i Italien.