Norske Vilde jobber i CERN: – Jeg bruker intense stråler levert i korte pulser på fiske-egg

I Sveits, veldig nærme grensen til Frankrike og med Mont Blanc synlig i det fjerne - huses noen av verdens beste vitenskapsfolk, og noen av de mest spennende maskinene teknologer og realfagsfolk har muligheten til å jobbe med. 

Store bygninger innrammes av vingårder og fjell, men akkurat i dag er det grått og regner.

Lite tyder på at det jobbes med svarte hull der, som kan avslutte menneskeheten, eller mye annet interessant som kan hjelpe oss i hverdagen.

– CERN har fått en mytisk status det siste tiåret. Da akseleratoren Large Hadron Collider (LHC) startet i 2008, ble det snakket om at man kunne lage små svarte hull, og Dan Brown’s book Angels & Demons på samme tid introduserte en antimateriebombe muliggjort av CERN på toppen av det hele. Det skapte et inntrykk av at CERN kunne gjøre alt mulig, og dette inntrykket har holdt seg til tross for at eksemplene ovenfor er helt feil.

Det sier Steinar Stapnes, professor i partikkelfysikk på UiO som ble fast ansatt på CERN i 2011. Her jobber han med lineær-akseleratorer av forskjellige typer som kolliderer elektroner og positroner med høyest mulig energi og intensitet.

– Det er det ledende partikkelfysikksenteret i verden i dag, det er det ingen tvil om. Det er mer en 10 000 forskere som bruker CERN for sine grunnforskningsprosjekter, med LHC som hovedinstrument.

– Her vi står nå, i denne lille test-akseleratoren CLEAR, kommer forskere for å teste nye komponenter eller nye konsepter. Det kan være en detektor eller elektronikkdel for sine prosjekter, en ny måleteknologi for partikler eller for dosemålinger, eller bestråling av utstyr som skal ut i verdensrommet, der man vil forsikre seg om at det fungerer når det utsettes for strålingen som forventes på reisen.

Ved hjelp av store avanserte maskiner som kan akselerere og kollidere partikler, for eksempel elektroner mot positroner eller protoner mot protoner, kan vi lære om hvordan universet er satt sammen. 95 prosent av universet består av svart materie og svart energi, vi vet ikke hva det er rett og slett, men mange fysikere jobber hardt med å finne ut av det, blant annet ved hjelp av slike slike akseleratorer.

Men, se bort fra grunnforskning et lite øyeblikk, hva kan disse store og dyre maskinene bidra med som vi faktisk får bruk for i dag eller i nær fremtid?

– Det er få firmaer som bruker våre fasiliteter direkte til produktutvikling i dag, men teknologiene vi bruker og utvikler for fasilitetene har stort potensiale og gjennomslag allerede i industri og forskning. De superledende magnetene vi studerer er fundamentale teknologier for fusjonsprosjekter og kan potensielt hjelpe med å få ned vekten på generatorer i vindmøller, mange akseleratorer og detektorteknologier er helt sentrale for medisinsk forskning, diagnose og behandling, og ikke minst har vi veldig god ekspertise på å behandle og analysere mye, distribuerte og komplekse data, sier Stapnes.

– Våre mange industrielle partnere er helt sentrale i å ta fundamental teknologi med potensiale til nye produkter.

Små akseleratorer - og det er omtrent 50000 av dem i verden - har en rekke anvendelser. En viktig gruppe er medisinske akseleratorer for kreftbehandling og isotop-produksjon. Industrielle akseleratorer som brukes for ioneimplantasjon, sterilisering og overflatebehandling er en annen viktig gruppe. Mange mellomstore akseleratorer bruker for materialstudier, ofte ved hjelp av fotoner eller nøytroner som blir produsert av en slike akseleratorer.

Norge, som et av medlemslandene bidrar med omtrent 320 millioner kroner til CERN’s budsjett. Omkring 50 norske ansatte og studenter er direkte lønnet av CERN. Antall ansatte er lavere enn man skulle ønske mens antall studenter er bra i forhold til andre land. En periode ved CERN kan være en veldig god erfaring og gi mange nye ideer og muligheter for unge forskere eller studenter.

– Det er rundt 150 forskere i Norge inkludert studenter som jobber mot CERN, besøker laboratoriet og bruker fasilitetene her i sine prosjekter, i tillegg til de 50 norske som jobber her i Sveits. Det norske miljøet i CERN er solid, og med et godt renommé selv om Norge er et lite land litt langt borte fra Geneve.

I Cern er det flere partikkelakseleratorer, den mest kjente heter Large hadron Collider (LHC), den som oppdaget Higgs-bosonet.

På en av de mindre akseleratorene, CLEAR, jobber norske Vilde Flognfeldt Rieker.

En av få som har sett LHC

Rieker studerte fysikk og matte ved NTNU, deretter hadde hun lyst til å komme seg inn i romindustrien.

Hun hadde derfor et internchip hos SpaceNorway hvor hun fikk ideen til å skrive en master om problematikken med stråling og elektronikk.

– Jeg reiste på flere romkonferanser, dro til Andøya og skøyt opp rakett der, så interessen for verdensrommet sto veldig sterkt.

For videre utdanning søkte hun på ESA og CERN - med håp om å få brukt sin nye kompetanse om stråling.

– Til min store overraskelse fikk jeg ja fra Cern, og en kontrakt på to år, som ble forlenget til tre år. Den første akseleratoren jeg kom ned i var LHC. Det var spesielt, det er ikke et sted det normalt er mulig å besøke. Kun om du har noe der å gjøre.

For å komme dit reiste hun 100 meter ned under bakken med heis, hvor hun fikk se den myteomspundne maskinen.

Diameteren på rørene der partiklene beveger seg er bare rundt 5-6 centimeter, men utenpå er det magneter og kryostater som totalt er rundt en meter i diameter.

– Man sykler langs nede på en slags sykkelsti der nede, og det er 27 kilometer rundt hele.

Disse tre årene jobbet hun med å utføre strålingstester av elektronikk og materialer som maskinen bruker. Oppgaven var å finne ut hvor lenge de kan være installert. Strålingen tar knekken på utstyret over tid, så man må vite når det skal byttes ut for å planlegge og koordinere vedlikehold.

– Jeg brukte egne strålingsfasiliteter egnet for å simulere strålingsmiljøet rundt LHC, men med høyere intensitet. På den måten kan jeg finne ut hvor mye skade materialet ville ta over tid. En akselerert test, som kunne vare fra en uke til flere uker, litt avhengig av type materiale. Det var veldig spennende og jeg fikk mye innblikk i hvor mye som må koordineres riktig for at LHC skal fungere, og hvor mange ulike fagmiljøer som bidrar.

Mindre skade på det friske vevet - men like mye på svulsten?

Etter denne jobben, og disse tre årene var egentlig hennes tid i CERN ute. Men hun fant ut at hun kunne fortsette med å ta doktorgraden sin her.

Med fokus på stråleterapi, og med Steinar Stapnes som veileder.

Hun måtte dermed pakke sakene sine, og dra til et annet bygg, med en annen akselerator, CLEAR.

Det finnes mange forskjellige typer partikkelakseleratorer til forskjellig bruk. De kan være alt fra en halv meter til flere kilometer lange, lineære eller sirkulære og laget for ulike typer ladde partikler. Noen, slik som LHC, er laget for å kollidere tyngre partikler som protoner og ioner med høyest mulig energi sammen. De tunge partiklene er vanskeligere å akselerere opp mot lysets hastighet, så denne typen maskiner er ofte sirkulære. Når du nærmer deg lysets hastighet får du ikke mer hastighet, men du får mer energi. Partikkelen blir tyngre, den får mer “impuls”.

Lette partikler slik som elektroner er lettere å akselerere opp mot lysets hastiget, men dersom de bøyes av magneter I en sirkulær maskin vil de miste mer og mer energi I form av lys jo mer du akselererer dem. Til noen formål, slik som materialvitenskap er dette lyset akkurat det man ønsker å oppnå, I såkalte synkrotroner. Til andre formål der kvaliteten på selve elektronstrålen er viktig, bruker man ofte lineære akseleratorer.

Bruker intensive, høyenergiske elektronstråler

Til strålebehandlinger – er akseleratorene ofte være veldig små, en halv meter lange, lineære elektronmaskiner, som brukes til å produsere fotoner til strålebehandlng. CLEAR er en 35 meter lang forskningsmaskin med fleksibilitet og evne til å blant annet teste ut nye teknologier for stråleterapi.

Stråleterapi er at man retter stråler mot svulster. Det Vilde prøver på er å bruke intensive, høyenergiske elektronstråler levert på veldig kort tid, da disse kan kurere dyptliggende kreft og potensielt ha en besparende effekt på friskt vev, en såkalt “flash-effekt”.

– Jeg jobber med å utvikle metoder for dosemetri, som er måling av strålingsdose, spesifikt for intense stråler levert i korte pulser. Det er en elementær del av kvalitetsikringen rundt strålebehandlingen som må på plass før man kan begynne kliniske tester. Vi tester også disse metodene med fiske-egg som "pasient”, da disse ikke er ansett som dyr. Deretter vil biologer som se på effektene denne bestrålingsmetoden har på egget, sier hun.

– Det ultimate målet ved enhver form for stråleterapi er å minimere skaden på friskt vev og maksimere skaden på svulsten. Det er ikke realistisk at man ikke får skade på det friske vevet i det hele tatt. Man vil få noen stråleskader, men det er nødvendig for å bli kvitt kreftvevet.

En strålingsbehandling pleier å vare flere minutter og må repeteres over flere dager eller uker. Men med nye metoder kan man både redusere antall repetisjoner, samt at varigheten per strålingsbehandling gjøres på rundt et millisekund. Ved en så rask leveranse oppnår man potensielt besparende effekt I friskt vev, samt mindre usikkerhet da organene knapt beveger seg mens behandlingen gis. Bedre, billigere og mindre belastning for pasienten, og familien til pasienten. 

Sluttproduktet vil være en kompakt klinisk maskin, som klarer å gi disse høye doseratene på en forutsigbar og stabil måte og er optimalisert for medisinsk bruk.

– Vi kaller det en flash-maskin. Den blir en god del billigere enn protonterapimaskiner. Med protoner trenger man blant annet en lengre eller sirkulær maskin, og mer beskyttelse mot sekundærstråling.

Det er ikke slik at en type behandling er best i alle tilfeller. Ideelt sett har man forskjellige type maskiner til forskjellige typer kreft; protoner kan være veldig gode mot enkelte typer kreft, mens elektroner og fotonter kan være bra mot andre.

– En gitt partikkel med en viss energi vil ha en egen interaksjon med svulsten, avhengig av hva partiklen passerer før den når frem til svulsten.

Kinomodus Slå av kinomodus Minispiller

– De retter seg opp når sjefene kommer inn i rommet

Hun forteller at det er mange fordeler med å jobbe i Cern, blant annet er det gunstig å få møte så mange ulike folk fra andre land med forskjellige bakgrunner. Men det kan også være en liten kulturkrasj, å ta en vennskapelig lunsj med øverste lederen er nok lettere i Norge.

– Det er veldig internasjonalt her, jeg er stort sett eneste nordmann og nordeuropeer i de fleste møter jeg er i, det er en klar overvekt av søreuropeere. Det er en annen kultur, spennende men en god del mer hierarkisk enn i Norge, noe som krever litt tilvenning. Man er naturligvis avhengig av å kunne snakke engelsk, men aller helst litt fransk også for å lettere få innpass med de mest dominerende nasjonalitetene.

– Jeg merket fort at jeg måtte prøve å tilpasse meg noe, at det ikke var alle som satte pris på den «norske» og mer direkte måten å jobbe og kommunisere på. Det er litt andre skikker, man kan ikke bare ta en «casual» lunsj med øverste lederen når som helst, og folk retter seg mer opp når en leder kommer inn i rommet.

Hun opplever at dette med tidsbestemte kontrakter er både bra og dårlig.

– Mye kompetanse forsvinner, og det kan tidvis bli spisse albuer som kommer i veien for samarbeid. For de nasjonalitetene hvor lønnen er mye lavere så står det kanskje spesielt mye på spill. De kan ha fått seg ektefelle, hus og barn, men så må de dra. Jeg har ikke vært i en sånn posisjon selv, men jeg har sett rundt meg folk som egentlig er ålreite personer, men som endrer veldig adferd under slikt press.

– Men på den andre siden gjør dette systemet at mange faktisk får muligheten til å komme hit og jobbe i CERN-miljøet, noe som er ekstremt lærerikt både på det tekniske og personlige plan.

Hun tror det er få steder man får muligheten til å jobbe med såpass mye forskjellig og innovativ teknologi som på CERN.

– Jeg vil anbefale norske studenter å prøve å komme hit. Man kan utveksle mye erfaringer med folk fra andre kulturer, som har gått på andre skoler i utlandet og har andre perspektiver Og så er det veldig spennende og lærerrikt å dra vekk og bo et nytt sted, sier hun.

JOBBER I SVEITS: Både Vilde Rieker og Steinar Stapnes jobbedri CERN for tiden, sammen med 48 andre nordmenn. Foto: Sondre Tallaksrud.

Vil hjelpe U-land

Steinar Stapnes tid i CERN kan være over om noen år - da håper han å kunne bruke kompetansen han har opparbeidet seg til å hjelpe de menneskene som ikke har tilgang på teknologien.

– Jeg har hatt stor glede av å jobbe med lineærakseleratorer, og det er moro å se hvor bra mange studentene gjør det i etterkant av å ha vært her. Men om tre år pensjoneres jeg fra CERN, og da ønsker jeg å fortsette å se mer på hvordan vi kan jobbe med teknologier for kreftbehandling eller annet bruk av kompakte akseleratorsystemer.

Stapnes har nettopp startet et prosjekt for å se om de kan bygge mye billigere strålingsbehandlingsenheter til lavinntektsland.

– Det er jo et trist faktum at mye av det vi gjør her på CERN og innen avansert teknologi generelt, kommer stort sett rike land og pasienter til gode på kort sikt. Av antallet som har behov for strålebehandlinger så er over halvparten i land som ikke har råd til god behandling (lav og mellominntektsland) og som ikke har nok fasiliteter. Her i Sveits har vi en strålingsmaskin per 110 000 innbyggere, mens noen steder i Afrika har de en strålingsmaskin for 50 eller 100 millioner mennesker. Mange pasienter får ikke behandling i det hele tatt. Det å reise til et annet sted å få behandling over en lengre periode er også helt uoverkommelig.

– Det vi prøver å gjøre, men som er veldig vanskelig, er å bygge strålingsbehandlingsløsninger som er både billigere og ikke trenger så mye vedlikehold, slik at de kan fungere stabilt i disse landene, sier han. Det er krevende å gjøre et produkt billigere og tilgjengelig for kunder som har få ressurser, men dette er jo ikke et ukjent problem for avanserte medisinske behandlinger og må løses på mange felt.

Vilde Flognfeldt Rieker er usikker på hva fremtiden hennes bringer, men utelukker ikke at den kan fortsette i Sveits.

– Doktorgraden min er ferdig om et år. Jeg tenker å se om det er mulig å finne en passende stilling her på CERN, hvis jeg treffer på tidspunktet. Jeg ser for meg en karriere innenfor forskning og utvikling. Gjerne rettet mot applikasjoner som medisin eller romteknologi. Jeg tror kanskje ikke jeg kommer til å gå inn i akademia, men jeg trives med vitenskaplig formidling så jeg vil ikke utelukke det helt, dersom den rette muligheten byr seg.

– Kjernekraft er også noe jeg har lyst til å jobbe med på sikt. Jeg har sterk tro på det, og at det ikke er noen realistisk vei utenom; spesielt ikke på den korte tidshorisonten vi har for å dekke opp det enorme fremtidige behovet for energi på en bærekraftig måte. Jeg tror mye motstand bunner i en frykt mot stråling som både er usynlig, og for de fleste unhåndgripelig. Drømmen er at jeg i fremtiden kan utvikle og bidra med min kompetanse innenfor stråling på områder som bærekraft, medisin og romteknologi, sier hun.