Binnenkort heeft de TU Delft de beschikking over een splinternieuw laboratorium voor een wereldwijd unieke elektronenversneller faciliteit. Deze faciliteit, die het mogelijk maakt om de eigenschappen van materialen te bestuderen, wordt ondergebracht bij het Reactor Instituut Delft (RID), en gaat APPEAL heten. Dat staat voor Advanced Picosecond Pulsed Electron Accelerator Laboratory. Op maandag 18 december was bij het RID een bijeenkomst om de start van de bouw van de nieuwe faciliteit te vieren.

De werkpaarden van de elektronenversneller zijn, zoals de naam al doet vermoeden, elektronen. In de Delftse versneller zal een zeer korte ultraviolet laserpuls elektronen vrijmaken uit een koperen plaat. Vervolgens worden de elektronen met behulp van microgolven versneld, en worden ze met hoge snelheid door een te onderzoeken monster geschoten.

Zo’n monster kan bijvoorbeeld een plakje van een bepaald materiaal zijn. ‘Door te bestuderen hoe de elektronen met een materiaal interacteren, kom je meer te weten over de eigenschappen ervan, zegt professor Laurens Siebbeles. ‘Op die manier kunnen we bijvoorbeeld diepgravend onderzoek doen naar de ontwikkeling van nieuwe materialen voor gebruik in zonnecellen, LEDs, transistoren of nano-elektronica.’ Ook kan het inzicht geven in effecten van straling op weefsels. Dit is van belang ter voorkoming van kanker of juist bij stralingsbehandeling daarvan.

Pannenkoek
De APPEAL elektronenversneller is een bijzonder apparaat, waarvan er in de hele wereld maar een paar bestaan. Wat de toekomstige Delftse versneller extra bijzonder maakt, is dat hij maar liefst 100 pulsen per seconde levert, terwijl dat in andere labs maar zo’n 10 pulsen per seconde is.

Nog belangrijker is dat de elektronenpuls uit de Delftse versneller maar een picoseconde duurt. Dat is een miljoenste van een miljoenste seconde. ‘Een ultrakorte laserpuls maakt vrijwel tegelijkertijd alle elektronen vrij uit de koperen plaat’, legt Siebbeles uit. ‘De laserpuls creëert als het ware een pannenkoek aan elektronen.’

Hoe platter de pannenkoek, des te hoger de tijdresolutie, en des te preciezer wetenschappers kunnen volgen wat de elektronen in een materiaal doen. De Delftse elektronenpannenkoeken zullen extreem plat zijn.

Beweeglijkheid
Een andere innovatie van de Delftse versneller is dat hij gecombineerd wordt met zogeheten terahertz-detectie. ‘Normaal gesproken meten onderzoekers de beweeglijkheid van een lading in een materiaal door elektrodes op dat materiaal aan te brengen, zegt Siebbeles. ‘Maar dan moeten elektronen door het hele monster heen bewegen. Als ergens in het materiaal een scheurtje zit, beïnvloedt dat de resultaten. Met behulp van terahertz-detectie kunnen we straks in het binnenste van het materiaal kijken en precies zien hoe elektronen daar bewegen, zonder dat we het materiaal hoeven aan te raken.’

Op het terrein van het RID wordt nu eerst een bunker gebouwd. Die moet de onderzoekers die met de versneller gaan werken beschermen. Als de versnelde elektronen door atoomkernen in  een materiaal worden afgebogen, komt er namelijk Röntgenstraling vrij, en dat is schadelijk voor het menselijk lichaam. Na de bouw van de bunker zal de versneller geassembleerd worden, en kunnen de wetenschappers beginnen met hun onderzoek. Naar verwachting is het nieuwe lab voor de elektronenversneller medio 2018 gereed.