Een laboratorium zo groot als een voetbalstadion, maar dan op je keukentafel: revolutionair röntgenkanon in aantocht

In de bunker op het terrein van de TU Eindhoven waar natuurkundehoogleraar Jom Luiten en zijn team de komende jaren hun opstellingen gaan bouwen, trekken technici oude experimenten uit elkaar. Pas als die opgeruimd zijn, kan het project beginnen dat over drie jaar moet uitmonden in een revolutionair röntgenkanon, made in Holland. Het apparaat zal passen op een tafel van twee meter, maar kunnen wedijveren met de grootste röntgenlaboratoria - enorme cirkelvormige synchrotrons. 'Ik weet niet of je weleens bij ERSF in Grenôble bent geweest, maar dat voelt echt als een sportstadion', zegt Luiten.

SmartLight heet het project dat dinsdag officieel van start gaat - een samenwerking met Europees geld van Nederlandse en Vlaamse universiteiten, bedrijven, musea en ziekenhuizen. De naam knipoogt naar het ArtLight project van Luiten samen met de Delftse hoogleraar materiële kunstgeschiedenis Joris Dik. Met röntgen werd daarin gekeken naar schilderijen, bijvoorbeeld een Van Gogh, waarvoor de onderzoekers naar Grenôble moesten. Ingewikkeld, alleen al door alle verzekeringen van de kunstwerken.

Niet meer de deur uit

Als het aan Luiten en Dik ligt, hoeft binnen enkele jaren niemand niet meer de deur uit voor röntgenonderzoek. Tot op atoomniveau kan met SmartLight in materialen worden gekeken, naar opbouw, samenstelling, schades. Een lab, museum of ziekenhuis zou zich een eigen bundelmachine kunnen veroorloven, maar een mobiele installatie in een container is ook denkbaar.  Zo heeft iedereen 'een bundel harde röntgenstraling, waarvoor je tot nu toe naar de grote labs moet.'

Daartoe wordt een wonderlijke combinatie van natuurkundige verschijnselen ingezet. Het gewenste röntgenlicht ontstaat op het moment dat met een intense laser recht tegen een bundel elektronen in wordt geschenen. Het laserlicht brengt de aanvliegende elektronen aan het trillen, die daardoor licht uitzenden. Door de snelheid treedt tegelijk het dopplereffect op, bekend van de hoge toon van een aanstormende politiesirene. Als de elektronen met bijna de lichtsnelheid vliegen, wordt het vrijkomende licht zomaar een factor tienduizend opgevouwen, tot het röntgenstraling is.

Intense laserstraal

De laserstraal en de elektronenbundel zijn maar tienden van een haar dik, maar als de zaken allemaal goed zijn uitgemikt en ingeregeld, kan hun frontale botsing een smalle röntgenbundel opleveren waarmee goed onderzoek te doen is. Minder intens dan in Grenôble, maar vaak is dat ook niet echt nodig. 'In de praktijk worden de bundels daar gedimd om geen schade aan hun monsters te maken.'

SmartLight, zegt Luiten, is nadrukkelijk een demonstratieproject waarin bestaande technologie wordt samengebracht. De gepulste laser is het meest conventionele onderdeel. Bijzonderder is wel de pulserende elektronenbron die zal worden gebruikt - deels in Eindhoven ontwikkeld in Luitens groep.

Maar in het hart van het röntgenkanon zit het opmerkelijkste onderdeel, dat maakt dat het hele proces zich binnen een paar meter kan afspelen. Daar zit een versnellereenheid die de elektronen in een flits opjaagt naar vrijwel de lichtsnelheid, dankzij technieken die op deeltjeslab Cern zijn ontwikkeld.

Versnellereenheid

De negatief geladen elektronen surfen daarin mee op microgolven in een zogeheten X-band, een techniek die ook een rol zou kunnen spelen bij nieuwe superversnellers op Cern. Door met de snelheid te spelen, kan ook de golflengte van de straling worden ingesteld. De hardste röntgens uit de SmartLight zijn intenser dan wat Grenôble haalt. En precies wat in technisch materiaalonderzoek veelgevraagd is.

Eigenlijk, vertelt Luiten, is het hele röntgenproject met die ingenieuze hyperversnellers begonnen. Hightech-bedrijf VDL - bij het publiek vooral bekend van bussen en trucks - ontwikkelde voor Cern jarenlang mee aan de X-band in het kader van het Clic-project, een lange rechte versneller aan het meer van Genève. Die gaat niet door en dus vroeg VDL aan bevriende partijen wat er nog meer met de ontwikkelde elektronversnellers zou kunnen worden verzonnen.

Het moeizame gedoe van kunsthistoricus Dik met zijn Van Gogh bracht Luiten op het idee van superkleine röntgenbundels voor eigen gebruik.

Nieuwe naam

Als het loopt zoals ze bedacht hebben, zegt Luiten, wordt het nieuwe röntgenkanon uiteindelijk een commercieel product. Reden waarom de Europese grensregio miljoenen steekt in de samenwerking van bedrijven en universiteiten. Het enige wat Luiten echt nog dwarszit is de naam. 'Die klinkt me veel te veel als dimbare sfeerverlichting. Daar moeten  we echt nog iets op verzinnen.'

_{Aanvullingen & verbeteringen
In een eerdere versie van dit artikel werd Joris Dik enkel aangeduid als gebruiker. Hij is echter ook initiatiefnemer. Er ontbrak ook een alinea, die inmiddels is toegevoegd.}