Goedkoop, snel, vernuftig
Op Stanford University staat een X-ray Free ElectronLaser, met een prijskaartje van honderden miljoenen loopt. Met eenelektronenversneller van een kilometer lang, levert deze X-FELbeelden van ‘moleculen in actie’. Bij Hamburg wordt momenteelgebouwd aan een Europese X-FEL, die een miljard gaat kosten.Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) hebbeneen alternatief ontwikkeld dat voor een belangrijk deel hetzelfdekan. Maar dit alternatief past op een tafel, en kost ongeveer vijfton.
Ultrasnelle Graal
Het is een van de nog overgebleven ‘heilige gralen’ van dewetenschap: een apparaat waarmee je de razendsnelle moleculaireprocessen op atomaire schaal kunt volgen. Je zou het eenultrasnelle videomicroscoop kunnen noemen. Zo’n apparaat werkt nietmet zichtbaar licht, maar met röntgenstraling of elektronen, omdatje straling nodig hebt met een golflengte van minder dan eennanometer. De röntgenstraling of elektronen moeten met ultrakortepulsen afgevuurd worden, zodat er een extreem korte belichtingstijdis.
Maar die pulsen zijn niet gemakkelijk te maken. Een X-FEL gebruikthiervoor röntgenpulsen, die worden opgewekt door elektronen teversnellen in een kilometers lange versneller, die vervolgensworden omgezet naar röntgenstraling. Zo’n installatie is erg duur,vreet energie en heeft bovendien een heel team nodig heeft voor debediening. Bij Hamburg wordt momenteel gebouwd aan eenEuropese X-FEL, die een miljard gaat kosten.
TU/e-promovendus dr.ir. Thijs van Oudheusden ontwikkelde eenmachine die voor een groot deel kan wedijveren met dezemiljardenfaciliteit, op basis van ideeën van zijn copromotor,dr.ir. Jom Luiten. De crux van hun ‘poor man’s X-FEL’ is dat dezegeen gebruik maakt van röntgenstraling, maar van elektronen.
Van Oudheusden: “Waarom zou je elektronen omzetten inröntgenstraling, als je ook de elektronen zelf kunt gebruiken?Bovendien hoef je aan die elektronen maar weinig energie mee tegeven; je kunt ze in een centimeter versnellen. Daarmee past dehele opstelling gewoon op een tafel.”
Niet met “heel je handel”naar USA
De fysische barrière die Van Oudheusden moest overwinnen,is dat de elektronen in elektronenpulsen elkaar afstoten. Hierdoorexpanderen de elektronenpakketjes en worden de pulsen langer dan degewenste 100 femtoseconden (1 femtoseconde is 10-15sec), wat de ‘videomicroscoop’ te traag zou maken.
Luiten bedacht een oplossing om de ongewenste expansie tegen tegaan. Het ging erom pakketjes met precies de juiste vorm te maken,waarmee het mogelijk wordt de pakketjes te controleren en tefocussen met elektrische velden, tot pulsen van de gewenste soorten lengte. En dat alles met een aantal elektronen (1 miljoen) datvoldoende is om een diffractiepatroon in een enkel schot temaken.
Promotor prof.dr. Marnix van der Wiel denkt dat de helft totdriekwart van het soort onderzoek dat gedaan kan worden op eenX-FEL, ook gedaan kan worden met de ‘poor man’s X_FEL’. Maar datwil niet meteen zeggen dat de laatste ook veel goedkoper is als jehet afzet tegen de wetenschappelijke output die je ermeegenereert.
“De X-FEL van Stanford draait het hele jaar door non-stop, en daarmaken over tientallen jaren duizenden onderzoeksgroepen gebruikvan. Dat betekent wel dat, als je eenmaal tijd toegewezen hebtgekregen, je met je hele handel naar de VS moet, waar je je moethouden aan een heel strak tijdschema. Onze vinding is een goedalternatief voor mensen die vrij willen zijn om in hun eigen labonderzoek te doen. Wat het prijskaartje betreft, hangt het in wezenvan de gebruiker af of ons apparaat per publicatie goedkoper zalzijn of niet.”
