Danfysik skaber unikt magnetsystem til synkrotronen i Lund

Præcision, præcision, præcision. Det er, hvad der kræves af de magnetsystemer, som Danfysik i Taa­strup i øjeblikket er ved at producere til synkrotronen MAX IV i Lund.

Det gælder lige fra strømforsyningen, som er præcis helt ned til 1 part per million, og til den geometriske nøjagtighed af det magnet-åg, som omslutter magneterne. Her må målet ikke afvige mere end 0,02 millimeter hen over et åg på 4,5 meter.

»At opnå den indbyrdes præcision hen over 4,5 meter på alle betydende flader er den største mekaniske udfordring,« siger projektleder Leif Baandrup.

Med synkrotronen vil forskere og udviklere kunne foretage ekstrem fintfølende målinger inden for kemi, fysik, medicinalindustri og overfladeteknologi. Molekylærbiologer kan for eksempel tage billeder af proteinstrukturer nede på molekyleniveau.

Elektroner ræser rundt i et vakuumrør med en hastighed tæt på lysets hastighed. Når de afbøjes af magnetfelter, afgiver de noget af det stærkeste og reneste lys, og det er det lys, som forskerne skal bruge.

»Vi er deroppe i hastighed, hvor relativitetsteorien er i anvendelse. Så når man tilfører mere energi til elektronerne, vil de blive tungere,« fortæller salgschef i Danfysik Arnd Baurichter.

Ude i fabrikshallen bliver et af de i alt 60 magnet-åg samlet. Ved håndkraft sættes hver enkelt magnet omhyggeligt sat på plads og justeres, så man opnår maksimal præcision. Det tager flere dage at samle et enkelt magnet-åg. Der er i alt 13 magneter i hvert åg. 12 af dem former eller korrigerer strålen. Den sidste magnet bøjer strålen.

Ud af siden af magnet-åget er trukket elkabler og vandledninger til køling.

Kompakt princip

Synkrotronen på MAX-lab ved Lunds Universitet er udviklet og produceret efter et nyt kompakt princip udviklet af MAX-lab. Normalt sidder hver type magneter i hver sit ‘hus’, kaldet åg. Men magneterne til MAX IV er alle samlet i samme åg.

»Vi bygger en stærk lyskilde med et meget mindre footprint. Ringens diameter er 40 procent mindre, end den ellers ville være,« fortæller Arnd Baurichter.

Omkredsen af synkrotronen bliver dermed 528 meter, hvor den ellers ville være næsten 1.000 meter. Elektronerne bliver slynget rundt med en energi på 3 GeV.

Når magnet-åget er færdigbygget, bliver det sat op i en ny målesta­tion, som Danfysik har etableret til formålet.

Danfysik i Taastrup har de senere år haft stor succes med at udvikle og producere magnetsystemer og strømforsyninger til en række synkrotroner og partikelacceleratorer rundt i verden. Faktisk har Danfysik udvidet staben fra 27 for fem år siden til 125 i dag. Så det er et firma i god vækst, som netop har holdt 50-års-jubilæum.

Danfysik har både kompetencen til at designe magneter og til fysisk at producere magneterne. Der er omkring 50 ingeniører og fysikere, som arbejder med teori og design af magneter.

Danfysik A/S er 100 procent ejet af Teknologisk Institut. Teknologisk Institut købte Danfysik i 2009.

Her bliver hver enkelt magnets magnetfelt målt uhyre præcist. De formindskede dimensioner af synkrotronen kræver nemlig en tilsvarende ekstra præcision i magnetfelter og i anlæggets geometriske udformning.

»Hver magnet har sin egen måleprotokol. Det bliver til en hel mappe af målinger for hver magnet,« fortæller Arnd Baurichter.

Til sidst sker en fintuning af magneterne.

»MAX-lab sætter magneterne i elektrisk serie. Derefter tuner vi dem indbyrdes med passiv shunting baseret på vores præcisions­målinger. Derved opnår vi, at mag­netfelterne står i nøjagtigt det forhold til hinanden, som de skal,« siger Leif Baandrup.

Avanceret strømforsyning

Alene strømforsyningen til magneterne har været en kæmpe opgave. På fabrikken i Taastrup har Dan­fysik bygget en række strømforsyninger fra 100 volt/175 ampere og op til 280 volt/1.100 ampere.

Hver type magnet har behov for en specifik strømforsyning, og strømmen leveres med uhyre små tolerancer, nemlig helt ned til 1 ppm (part per million). Mere gængse strømforsyninger inden for den verden leverer strøm med en tolerance på 10 ppm.

»Strømforsyningen skal være ekstremt stabil, ellers vakler den lysstråle, som kommer ud af synkrotronen,« siger Leif Baandrup.

I det hele taget bliver hovedparten af magnetsystemerne produceret i Danmark ved underleverandører eller hos Danfysik selv.

Magnetsystemet fra Danfysik har skabt stor interesse fra en række forskningsinstitutioner rundt i verden, og Danfysik har fået flere besøg af interesserede. Så der kan meget vel vente nye opgaver med at producere kompakte magnetsystemer.