果冻传媒

Op een vrijdagmiddag in september wordt Jom Luiten, hoogleraar Coherence and Quantum Technology, gebeld vanuit het lab met de woorden 鈥淛om, je moet n煤 naar het lab komen!鈥�. Het telefoontje kwam van zijn promovendi en die nog in de kelder van Qubit aan het werk waren. Collega Peter Mutsaers had de pech net op vakantie te zijn.

En bij aankomst in het lab aankomst werd snel duidelijk wat de aanleiding was: het compacte r枚ntgenapparaat, dat nauwbandige en verstelbare harde r枚ntgenstraling kan maken, w茅rkt! Reden genoeg voor grote blijdschap en een snel bericht op maandag naar alle leden van het .

De reden van die grote blijdschap? Daarvoor moeten we terug naar de start van het onderzoek. De reis begon, niet helemaal karakteristiek voor onze universiteit, met een schilderij.

De laagjes van een schilderij zien

 is verbonden aan de TU Delft en heeft grote bekendheid verkregen met de ontdekking van overschilderde voorstudies van Van Gogh, Rembrandt en Magritte. 

Met zijn werk zijn wereldberoemde schilderijen teruggevonden, en kreeg hij bekendheid met de r枚ntgenanalyse van het schilderij 鈥楪rasland鈥� van Van Gogh waaronder een mogelijke studie van de 鈥楢ardappeleters鈥� is teruggevonden.

Met zijn wens om met r枚ntgenstraling in schilderijen te kunnen kijken, kwam hij via de KNAW in contact met Jom Luiten. R枚ntgenstraling geeft de mogelijkheid om onder het oppervlak van schilderijen, of andere kunsthistorische of archeologische voorwerpen te kijken. 

De belofte van deze nieuwe r枚ntgenbron is dat je de chemie en structuur van verflagen met veel hogere resolutie kunt onderzoeken. Dat biedt bijvoorbeeld de kans om individuele, verborgen verflagen van een schilderij zichtbaar te maken.

Omdat het om een compacte r枚ntgenbron gaat, is deze in principe ook inzetbaar in een museum. Dat geeft een enorme kans voor onderzoek aan museaal erfgoed.

Een synchrotron in zakformaat?

Om in de lagen van schilderijen te kunnen kijken, heb je dus een andere r枚ntgenbron nodig. Die zocht Dik! Maar apparatuur die dergelijke nauwkeurig verstembare r枚ntgenstraling kan opwekken, staat nog nergens in een ziekenhuis of museum.

Sterker nog, dat kan op dit moment alleen met een synchrotron. En zoals de naam al doet vermoeden, hebben die grote ronde synchrotrons (zoals het ESRF in Grenoble) enorme afmetingen. Bovendien zijn zij vreselijk duur om te bouwen en daardoor eigenlijk altijd volgeboekt voor onderzoek. Niet geschikt om in een museum even een nieuwe aankoop en al helemaal niet de hele collectie te scannen.

Al pratende met Dik kwam Luiten op een aantal goede idee毛n om een kleiner apparaat te bouwen dat 贸贸k verstembare, nauwbandige harde r枚ntgenstraling kan opwekken en dan ook nog met een behoorlijk hoge intensiteit. En dan met een opstelling ter grootte van een optische labtafel in plaats van een enorm gebouw.

Een apparaat van dergelijke afmetingen past in een labruimte van gemiddelde grootte en in principe zelfs in een zeecontainer. Een gebouw hoeft dus niet verbouwd te worden om het erin te krijgen. Met dat formaat kan het apparaat zelfs aan het plafond hangen om productieprocessen te volgen.

In de wereld van grote synchrotrons is deze lineaire r枚ntgenbron praktisch van zakformaat. Luiten: 鈥淓n we hebben zelfs idee毛n hoe we het instrument nog compacter zouden kunnen maken.鈥�

Straling voor kunst en archeologie

De eerste stappen werden gezet toen Dik en Luiten elkaar voor het eerst spraken op de SR2A conferentie (Synchrotron radiation for art and archeology) in 2016. 鈥淚k ben een enorme optimist,鈥� lacht Luiten. 鈥淒at moet ook wel om dit soort onderzoeksprojecten van de grond te krijgen en investeerders warm te maken.鈥�

鈥淗et was een geweldig moment toen we, dankzij funding van Interreg Vlaanderen-Nederland en bijdragen van de overheid in 2018 konden starten met ons onderzoeksproject om een compacte machine te bouwen om deze harde r枚ntgenstraling te maken.鈥�

鈥淚n eerste instantie dacht ik dat ons dat wel zou lukken in drie jaar tijd. Helaas liepen we uit en kregen we onderweg ook nog te maken met vertragingen vanwege de covid-pandemie. Ook de inrichting van het lab in het gebouw waarin we nu zitten, Qubit, liep behoorlijk wat vertraging op. Dat werkte door in onze planningen.鈥�

Een werkend prototype

In hun lab in de kelder van Qubit staat hij dan: het eerste werkende prototype. Of, zoals Luiten het po毛tisch noemt, hun 鈥榗ompacte deeltjesversneller鈥�. Hij is anderhalve bij drie meter groot en voor alle zekerheid zijn er loodschotten en betonnen muren geplaatst om de onderzoekers veilig hun werk te laten doen.

Dit is een standaard maatregel in deeltjesversnellerlabs tegen ongewenste schadelijke vormen van straling. Door een slim ontwerp zal dergelijke uitgebreide stralingsafscherming in de uiteindelijke uitvoering niet meer nodig zijn.

In hun lab bouwden de onderzoekers het compacte prototype synchrotron, dat er nu voor het eerst in is geslaagd om harde r枚ntgenstraling te genereren. 鈥淣a al die jaren van onderzoek, wisten we dat we er vlakbij zaten鈥�, legt Luiten uit.

鈥淗et was dus steeds spannender aan het worden. Toch is Peter (Mutsaers, red.) nog op vakantie gegaan, en ben ik die vrijdag na wat kantoorwerk gewoon naar huis gegaan.鈥�

We hebben die avond echt zitten genieten in het lab. We hadden een werkende harde r枚ntgenbron. Nu echt!

Hoogleraar Jom Luiten

De euforie over deze mijlpaal is er niet minder om. 鈥淚ds, Coen en ik hebben die avond echt zitten genieten in het lab. In de week daarvoor hadden Coen en Ids met Peter maatregelen genomen om hinderlijke achtergrondruis te onderdrukken. Precies wat er nodig was. We hadden een werkende harde r枚ntgenbron. Nu echt!鈥�

En het mooiste van het apparaat is dat het inderdaad heel gemakkelijk verschillende golflengtes kan genereren, zoals gehoopt. 鈥淕ewoon met een draaiknop kunnen wij de golflengte vari毛ren en precies afstemmen op het materiaal of object dat we willen onderzoeken鈥�, legt Luiten uit.

鈥淒at is wellicht nog waar we zelf het meest verbaasd over zijn. Dit apparaat doet precies wat we met onze modellen en theorie hebben voorspeld. Voor een natuurkundige maakt hem dat stiekem een beetje saai. De puzzel is opgelost.鈥�

Vervolgstappen

Hoe mooi de werkende proto ook is, het is nog niet het apparaat waar Dik van droomde en waarvoor inmiddels ook andere ge茂nteresseerden vanuit de medische wereld en de industrie zich gemeld hebben.

Onderzoekspartner en onderzoeksfellow Material Science and Engineering aan de TU Delft zegt daarover: 鈥淲at betreft de toepassing begint het nu pas echt. De komende maanden gaan we aan de slag met de andere partners uit het consortium om de straling precies te kunnen richten op de te onderzoeken materialen, deze op te vangen met geavanceerde detectieapparatuur en de data die zo worden verzameld vervolgens te analyseren. Hier zijn de TU Delft, en de universiteiten van Antwerpen en Gent weer goed in.鈥�

Luiten: 鈥淛e kunt immers met die straling niet alleen in schilderijen kijken. Je kunt ook in silicium wafers kijken of alle laagjes en lijntjes op de goede plek zitten. Of bijvoorbeeld, zoals partner Erasmus MC wil, atherosclerose (aderverkalking, red.) vroegtijdig signaleren, of longen onderzoeken met covid-schade. Door de hoge kwaliteit van de r枚ntgenstraling, in vergelijking met huidige r枚ntgenscanners, kun je kleinere onderdelen in een cel of weefsels scherper in beeld krijgen.鈥�

Castricum vult aan: 鈥淒aarvoor is er de komende periode nog flink wat werk aan de winkel. Behalve dat we - samen met de onderzoekspartners uit hun 鈥� metingen aan materialen kunnen gaan uitvoeren moeten we het maximale uit de bron gaan halen, onder andere door de intensiteit verder te verhogen en de laser- en electronenbundel nog beter te focussen.鈥�

鈥淒e volgende stap is om echt een proof of concept te maken. Zodat we met deze bron echt in een schilderij kunnen kijken. Ons werk zit er zeker nog niet op鈥�, besluit Luiten met zichtbaar plezier.

Op naar het volgende spannende hoofdstuk.