Smart*Light: kunst onder de röntgenstraal

Door Daan van Baar

We interviewen Dr. Hessel Castricum, projectverantwoordelijke voor Smart*Light en onderzoeker aan de TU Delft. Zijn primaire onderzoeksgebied is de materiaalkunde. Hoewel het project pas op 1 januari 2018 van start ging, is Hessel al sinds 2015 betrokken bij de ontwikkeling van het instrument Smart*Light. In Delft is hij verbonden aan de faculteit Werktuigbouwkunde, Maritieme Techniek en Technische Materiaalwetenschappen (3mE) bij het departement Materials Science and Engineering (MSE).

Op onze website lezen we dat binnen Smart*Light een 'tafelmodel synchrotron' wordt ontwikkeld. Dat zegt een hoop mensen waarschijnlijk niets. Kunt u het project kort aan de leek introduceren?

Röntgenstraling kent iedereen wel van het maken van foto’s voor botbreuken in ziekenhuizen. Het stelt ons in staat om zaken van de ‘binnenkant’ te bekijken. De technologie hierachter is in de loop der tijd echter maar weinig veranderd. Straling die een reguliere röntgenbron produceert is eigenlijk vergelijkbaar met een ouderwetse gloeilamp, waardoor het detailniveau dat kan worden vastgelegd beperkt is. Synchrotrons daarentegen zijn hoge-intensiteit röntgenbronnen en functioneren meer als lasers, waardoor een coherente stralingsbundel op een monster kan worden gericht. Hiermee kunnen monsters niet alleen op een hoger detailniveau worden bekeken, maar kunnen ook dynamische processen worden onderzocht zoals de structuurvorming en het faalgedrag van materialen. Een synchrotron is echter een bijna kilometerlange ronde buis waarin elektronen worden versneld. Deze zijn daarom zeer kostbaar en maar beperkt beschikbaar. In de Benelux hebben we zelfs helemaal geen synchrotron. Met Smart*Light bouwen we bij TU/e nu een soort tussenvorm. Net als een synchrotron zal deze in staat zijn om coherente en hoge-intensiteit röntgenstraling te genereren, maar de opstelling is heel veel compacter, en daardoor in principe zelfs mobiel inzetbaar. 

Is dat ‘mobiele’ wat Smart*Light uniek maakt?

Dat klopt! Het feit dat onderzoekers in het eigen lab deze kwaliteitsstraling tot hun beschikking hebben is echt een doorbraak, zeker voor niet eenvoudig verplaatsbare objecten. Denk daarbij aan kunstwerken als Het Lam Gods van de gebroeders van Eyck of Landschap met touwtje springend meisje van Salvador Dali. Die breng je niet zomaar naar een synchrotron, maar kunnen wel op locatie worden onderzocht. Smart*Light maakt hiermee dus onderzoeken mogelijk die vanwege de praktische beperkingen van een synchrotron voorheen onhaalbaar waren.

Hoe moeten we ons Smart*Light dan voorstellen? Als een laserkanon op wielen?

Dat is uiteindelijk wel het streven, maar zó mobiel is binnen het huidige Smart*Light project echt nog een brug te ver. De opstelling van Smart*Light past wel in een bijzonder kleine ruimte en is daarom verplaatsbaar en op tal van plekken inzetbaar. Het verschilt in dat opzicht veel minder van een normaal röntgenapparaat dan van een synchrotron. De opstelling bestaat uit een apparaat dat de röntgenstraling genereert en dat in de vorm van een bundel richt op een monster. Zie het als een soort laserpointer. Achter en naast het monster staat detectieapparatuur opgesteld, waarmee o.a. een beeld van de atomaire structuur kan worden vastgelegd. Naast deze belangrijkste elementen wordt de opstelling gecompleteerd met de nodige randapparatuur.

Vinden er elders in de wereld soortgelijke ontwikkelingen plaats?

Niet op deze schaal en breedte. Op een universiteit in de Verenigde Staten is men momenteel wel bezig met een vergelijkbaar initiatief, maar daar is men in mindere mate gericht op een zo compact mogelijke opstelling en ligt de focus op een nauwer toepassingsgebied. Wij proberen met Smart*Light juist zoveel mogelijk sectoren voor de techniek te enthousiasmeren.

Het consortium van Smart*Light is inderdaad een bont gezelschap van technische universiteiten, musea, ziekenhuizen en bedrijven. Waarom is het project voor zoveel verschillende partijen interessant?

Juist omdat coherente hoge-intensiteit röntgenstraling – die ook nog eens makkelijk in energie te variëren is – enorm breed toepasbaar is. Met Smart*Light willen we bewust deze veelzijdigheid demonstreren door voor zowel de materiaalkunde, de medische wetenschap, als de kunsten, het potentieel van deze technologie aan te tonen.

Kunt u ons iets meer vertellen over dat ‘potentieel’ voor die verschillende toepassingen?

In mijn eigen vakgebied, de materiaalkunde, betekent dat bijvoorbeeld concreet een versnelling van het proces voor het maken van nieuwe materialen. Kennis over de vorming van de microstructuur is daarbij van groot belang. Momenteel kunnen we wel gebruik maken van synchrotrons, maar de wachttijden zijn lang en de vraag is groot. In de toekomst zouden we o.a. ook het ‘faalgedrag’ van materialen met Smart*Light kunnen testen, om met die kennis de duurzaamheid van nieuwe materialen te vergroten. Aan de andere kant zijn onderzoekers binnen het Erasmus MC vooral geïnteresseerd in het beter afbeelden van zachte weefsels, zoals bijvoorbeeld kraakbeen. Deze weefsels zijn met reguliere röntgenstraling moeilijk om gedetailleerd weer te geven. Een gedetailleerdere weergave moet o.a. helpen bij het stellen van een betere en snellere diagnose bij artrose (ontstekingsvorm van kraakbeen bij gewrichten). En dan zijn er tot slot ook nog de musea. Die zijn met name geïnteresseerd in de ontstaansgeschiedenis van hun werken. Smart*Light stelt hen in staat om door de verflagen heen te kijken. Zo laten Museum Boijmans Van Beuningen en KMSKA o.a. een aantal olieverfschetsen van Rubens onderzoeken die later zijn overschilderd. Met Smart*Light krijgt men meer inzicht in de werkwijze van de kunstenaar, de opbouw van een kunstwerk en wie er, bijvoorbeeld in het atelier van Rubens, aan heeft meegewerkt. 

Peter Paul Rubens, Minerva overwint de Tweedracht, inv.nr. 802, foto: Rik Klein Gotink, Collectie KMSKA - Vlaamse Gemeenschap (CC0). Het schilderij wordt i.h.k.v. Smart*Light nader onderzocht.

Als u persoonlijk even verder mag dromen, waar staat Smart*Light dan over 10 jaar?

Dan zou er toch op zijn minst een Smart*Light service-instrument moeten bestaan dat beschikbaar is voor de hele Benelux. En het liefst een aantal. Als ik even voor mijn departement spreek, dan is een Smart*Light opstelling in ons eigen lab op de TU Delft natuurlijk de droom. Dit geldt beslist ook voor de andere universitaire partners. Maar het is ook geen gekke gedachte als er tegen die tijd een aantal musea in de Benelux zouden besluiten tot de gezamenlijke aanschaf van een Smart*Light, waarmee ze roulerend hun collecties kunnen onderzoeken.

En nog verder kijkend: wat is het meest futuristische dat Smart*Light ons kan bieden?

Stel nou dat we Smart*Light zo compact kunnen maken dat het apparaat mee kan op een missie naar Mars? Als we daar ter plekke gesteentes tot in detail kunnen analyseren zou dat natuurlijk waanzinnig zijn en een schat aan kennis over de geschiedenis van ons zonnestelsel opleveren. 

Tot slot, terug naar de gewone burger: wanneer gaat Smart*Light mijn diagnose stellen?

Dat zal vermoedelijk nog wel even duren. De medische wereld is behoudend en de grote industriële fabrikanten van medische apparatuur kijken bij zo’n vernieuwende techniek vaak de kat uit de boom. Zij zullen pas instappen als er echt iets is aangetoond. En dat is precies waarom projecten zoals Smart*Light zo hard nodig zijn! 

Peter Paul Rubens, De vereniging van Engeland en Schotland, 1630 - 1633. Museum Boijmans Van Beuningen, Rotterdam. Verworven met de verzameling van: D.G. van Beuningen 1958 (voormalige collectie Koenigs). Fotograaf: Studio Tromp. Het schilderij wordt i.h.k.v. Smart*Light nader onderzocht.

Alle berichten

Daan is projectadviseur namens het ministerie van Economische Zaken en Klimaat (NL).