Indsendt af
Teknologisk Institut
Resumé
Udvikling af kompakte partikelacceleratorsystemer med afsæt i eksisterende løsninger gør det muligt at anvende acceleratorteknologi både mere kosteffektivt og mere bæredygtigt. Som konkrete eksempler nævnes skånsom kræftbehandling med kompakte partikelacceleratorer, som gør det muligt også for mindre hospitaler eller geografisk isolerede regioner at investere i fremtidens, ultrapræcise kræftbehandling. Produktion af den næste generation af microchips er ligeledes utænkeligt uden kompakte acceleratorer. Danmark har virksomheder og forskningsinstitutioner med et enestående innovationspotentiale til udvikling af kompakte acceleratorer, og er dermed klar til at indtage en førende rolle på det globale acceleratormarked.
Udfordring og muligheder
To af nutidens helt store globale udfordringer er forbedringer af menneskernes velfærd og tilgængelighed af informationsteknologi. Her fremhæves to eksempler på, hvordan kompakte partikelacceleratorer kan være med til at øge kvaliteten inden for sundhed og inden for informationsteknologi:
1) I de industrielt veludviklede lande bliver hvert tredje menneske ramt af en kræftsygdom, før det når at blive 75 år. Kræft er den næsthyppigste dødsårsag. I det sidste årti blev der investeret et beløb på ca. 15 mia.kr. på verdensplan inden for partikelterapi, som er den mest skånsomme og mest præcise form for strålebehandling af tumorvæv. Den nuværende teknologi kræver investeringer i 1-1,5 mia.kr. klassen i store acceleratorer og bygninger på størrelse med en helt ny klinik. Danske virksomheder og forskningsinstitutioner har ekspertise og erfaring til at udvikle kompakte partikelacceleratorer, til ’single room’ løsninger.
2) Udviklingen af fremtidens informationsteknologi vil kræve processering af nanostrukturer til at øge regnekraft og hukommelse i microelektroniske komponenter. De førende fabrikanter af litografiteknologi deler et verdensmarked på årligt 60 mia.kr. (2011). Den næste generation af maskiner vil sandsynligvis gøre brug af kompakte partikelacceleratorer som lyskilder. I Danmark findes et enestående netværk af eksperter med kendtskab til både laser- og acceleratorteknologi, som har potentiale til at udvikle kompakte, laserbaserede acceleratorersystemer til nano- litografimaskiner.
Det nye inno+ fremstød skal løfte dansk acceleratorteknologi op på det næste niveau, således at Danmark ved udgangen af dette årti bliver verdens teknologisk førende nation på området med en samlet, hovedsageligt i Danmark genereret årlig omsætning på ca. 1 mia.kr. og en eksportandel på over 99%.
Målsætning
Et af Danfysik og ISA/Århus Universitet ledet konsortium vil udvikle ny kompakt acceleratorteknologi, som er klar til markedsintroduktion senest i 2017. Konkret udvikles prototyper af kompakte acceleratorer til healthcare og industri, som er testet og står klar til seriemodning ved projektets afslutning. Konceptet, designet samt produktion og test af prototyperne regnes med at være afsluttet efter 48 måneder.
Innovationsbehov
Der dannes et nationalt forsknings- og udviklingskonsortium, som i fælleskab ledes af ISA, Aarhus Universitet, som er et verdensførende forskningscenter inden for acceleratorteknologi, og Danfysik. Konsortiet yder en fælles forsknings- og udviklingsindsats til prototyper af kompakte acceleratorsystemer, som bygges og testes under Danfysiks regi i tæt sammen med eksisternde forskningsnetværk på området, som fx det EU-finansierede LA3NET netværk (ITN/FP7).
Konsortiet af industrivirksomheder og forskningsinstitutioner arbejder internationalt tæt sammen med verdens førende player på hhv. partikelterapiområdet og på området af nanolitografimaskiner. Finansieringen af satsningen kan ikke løftes af partnerne alene og skal ske igennem offentlige kilder eller private fondsmidler. Der er behov for at uddanne nye forskere og ingeniører og videreuddanne det tilstedeværende ekspertpool. Derudover skal der investeres i design, materialer og test af prototyper, hvilket svarer til ca. 1/3 af investeringen på i alt omkring 80 mio. kr. Som virkemidler foreslåes stipendier/ansættelser af talentforskere inden for acceleratorfysik og mechanical engineering som skal slåes op som postdoc-, ph.d.- og erhvervs-ph.d.-stillinger med delt tilknytning mellem konsortiets institutioner og industrivirksomheder.
Der skal investeres i både ny viden om partikelstrålernes fundamentale opførsel i kompakte systemer og udvikling af nye acceleratorkomponenter under udnyttelse af de mest moderne teknologier og materialer. Med afsæt i den eksisterende viden skal der opbygges en på verdensplan enestående udviklingfplatform til udvikling af fremtidens, kompakte acceleratorløsninger til både healthcare og industri.
Dette væksteventyr er ikke muligt uden betydelige investeringer i innovation, viden, teknologi, testfaciliter, prototyper og produktionsprocesser, både hos Danfysik og hos deres overvejende danske underleverandører.
De danske forudsætninger
Danfysiks mangeårige samarbejde med ’Centre for Storage Ring Facilities, Aarhus’ (ISA) på Aarhus Universitet har placeret Danmark på verdenskortet inden for acceleratorteknologi. Danfysik, som driver produktionsorienteret industrivirksomhed med ekspertise i fabrikation, test, og systemintegration, har de seneste år skabt ny viden og nye produkter gennem Højteknologifondsstøttede projekter, erhvervs-ph.d.-ordninger, EU netværksprojekter (FP7/ITN) og design studier til den europæiske neutronkilde ESS.
Et dansk netværk inden for partikelacceleratorer kan tilbyde alt fra basal acceleratorfysik over konceptdesign, produktionsdesign til produktion, test, integration, kommissionering og after-sales service.
Effekter og potentialer
Partikelacceleratormarkedet står for en global årlig omsætning på ca. 10 mia.kr. Det asiatiske marked forventes at udvikle sig dramatisk inden for de næste 5 år. Markedspotentialet for kompakte partikelterapiacceleratorer ligger mellem 0,5 og 1,1 mia.kr. årligt. Dertil kommer salget af kompakte acceleratorer til nanolitografi systemer med en årlig acceleratorværdi på ca. 3 mia.kr. Med ambitionen om at blive verdens teknologisk førende nation på området forventes dansk industris markedsandel at vokse til minimum 10% af verdensmarkedet ved udgangen af dette årti, svarende til ca. 1,0 mia.kr.