Szupermikroszkóp a francia Alpokban

A szinkrotront nemcsak a fizikusok használják: régészek és kozmetikai cégek kutatói egyaránt megfordulnak Grenoble-ban

Ami szabad szemmel nem látható...

Az emberiséget csillapíthatatlan tudásszomja a minket körülvevő világ lehető legalaposabb feltérképezésére ösztönzi már évezredek óta. Hogyan és miből keletkezett a Föld? Hogyan magyarázhatók az anyagok bizonyos tulajdonságai? Hogyan állíthatunk elő új anyagokat? Elérkezik-e a nap, amikor legyőzzük a vírusokat, időben megjósoljuk a természeti katasztrófákat és megszüntetjük a környezetszennyezést? E nagyívű kérdések legtöbbjére aligha kapunk választ, ha nem rendelkezünk az anyag mélystruktúrájára vonatkozó pontos ismeretekkel. Éppen ezért a tudósok egyre hatékonyabb eszközöket fejlesztettek ki, hogy egészen az atomok és molekulák szintjéig megismerhessék az anyag természetét. A szinkrotron sugárforrások, melyeket "szupermikroszkópoknak" is nevezhetnénk, felbecsülhetetlen értékű információhoz juttatták a világ tudósait. Jelenleg világszerte közel 50 szinkrotront használnak.

Évezredeken keresztül a világról szóló tudásunk a szabad szemmel látható dolgok vizsgálatára korlátozódott. Annak ellenére, hogy az atomokról már az ókorban beszéltek, ezeket csak a 20. század tudománya tudta közelebbről szemügyre venni. Ahhoz, hogy az atomokat "lássuk", egészen másfajta "fényt" kell használnunk; olyat, amelynek hullámhossza sokkal kisebb, mint a látható fényé. Az 1895-ben Röntgen felfedezte röntgensugarak, melyeknek számos orvosi alkalmazását ismerjük, az atomok szerkezetéről is sokat elárulnak.

Az európai összefogás mintapéldája: az ESRF

A grenoble-i székhelyű Európai Szinkrotron Sugárzási Létesítmény (European Synchrotron Radiation Facility, ESRF) tizennyolc európai ország közös kutatóbázisa. Az ESRF Európa legjelentősebb szinkrotron sugárforrása (bár hozzánk közelebb esik, kisebb a trieszti központ), tavalyi költségvetése 74 millió euró volt. A közel 600 állandó munkatárs mellett évente 3500 kutató és tudós érkezik a rangos kutatóhelyre. Fizikusok, kémikusok mellett más tudományterületek kiválóságai is gyakori vendégek itt: biológusok, orvosok, meteorológusok, geofizikusok, sőt régészek is megfordulnak a Franciaország dél-keleti részén, az Alpokban megbúvó, 160000 lakosú városban. Nagyipari vállalatok, különösen gyógyszergyártók, kozmetikai cégek és mikroelektronikai vállalatok képviselői szintén kutatnak itt.

A szinkrotronsugárzást 1947-ben fedezték fel, jelenleg az ún. harmadik generációs szinkrotron-sugárforrások a legfejlettebbek. 1987-ben döntött úgy tíz nyugat-európai ország, hogy létrehozzák az ESRF-t, három év múlva elkezdték építeni, 1992-ben végezték az első kísérleteket. 2000-ben Magyarország is csatlakozott a példaszerű nemzetközi összefogással létrejött intézményhez, azóta a fenntartáshoz és a kutatásokhoz való hozzájárulás mértékében küldhet kutatókat Grenoble-ba (ez tavaly a létesítmény költségvetésének 0,2%-a volt).

Mi az a szinkrotron?

Valójában igen nagy teljesítményű röntgensugárzásról van szó: intenzitásuk (szakszóval: brillianciájuk) nyolc-tízszeres nagyságrenddel múlja felül a röntgencsövekkel előállítható sugárzásét. A szinkrotronsugárzás - mely elektromágneses sugárzás, azaz e tekintetben a látható fényhez vagy a rádióhullámokhoz hasonlítható - a közel fénysebességgel mozgó elektronok irányának megváltozásakor keletkezik. Előállításuk során elektronokat megfelelő nagy energiára gyorsítunk, majd ezeket ún. tárológyűrűbe vezetjük, ahol hosszan keringenek. Eközben mágneses terek segítségével irányváltoztatásra késztetjük őket, így váltva ki belőlük a szinkrotronsugarakat. A sugárnyalábok egyedisége miatt nemcsak kémiai és biológiai felületi szerkezeteket vizsgálhatunk segítségükkel, de azoknak a másodperc tört része alatti változásait, vagyis szerkezetük változási folyamatait is figyelemmel kísérhetjük. Egy érzékletes példával élve: a szinkrotron a röntgenhez úgy viszonyul, mint a lézer a közönséges fényforrások által kibocsátott fényhez képest. Számokkal kifejezve mindezt: a grenoble-i szinkrotronból billiószor (ezermilliárdszor!) erősebb röntgensugárzás lép ki, mint a bármelyikünk által jól ismert, orvosi diagnosztikában alkalmazott röntgencsőnél.