Fysiikan laitos

Huippuyksikkö alkuaineiden arvoitusten kimpussa

Ydin- ja kiihdytinfysiikan yksikkö. Suomen Akatemian nimeämä huippututkimusyksikkö vuosiksi 2012-2017.

Suurin osa ydin- ja kiihdytinfysiikan uuden huippuyksikön tutkijoista käyttää kiihdytinlaboratorion laitteistoja – ja ne ovat omatekoisia.
–Joudumme innovoimaan, suunnittelemaan ja rakentamaan kaikki laitteemme itse pääkiihdytintä myöten. Kaupan hyllyltä emme saa mitään valmiina, huippuyksikön johtaja, professori Rauno Julin kertoo.

Kiihdytinlaboratoriossa on meneillään uudelleenrakennus. Uusi kevytionikiihdytin otetaan käyttöön ensi vuonna, ja uusi rekyylinerotin on konstruointivaiheessa. Huippuyksikkö saa käyttöönsä uudet Pelletron- ja K30-kiihdyttimet K130 -raskasionikiihdyttimen rinnalle.

Julinin mukaan on olennaista, että asiantuntemus löytyy omasta takaa.
-Kiihdyttimille ei ole tehty huoltosopimuksia, vaan teemme kaikki huollot ja korjaukset itse. Ja aina joku osa on rikki, kun jotain laitetta ollaan käynnistämässä…

Vankkaa perustutkimusta

Ydin- ja kiihdytinfysiikalla on ollut huippuyksikkö vuodesta 2000 lähtien.
-Täytyy olla erittäin kovat näytöt, että huippuyksikkö saa jatkoa. Meidän näyttömme olivat etenkin perustutkimuksessa, mutta myös sovelluksilla on merkitystä, Julin toteaa.

Huippuyksikön tutkimuksen peruskysymyksiin kuuluvat alkuaineiden arvoitukset. Miten alkuaineet ovat syntyneet? Kuinka raskaita ne voivat olla? Kuinka monesta protonista ja neutronista ydin voi rakentua? Löytyykö näistä äärilaitojen ytimistä uusia kollektiivisia ilmiöitä?

Ydinfysiikan teoreettisessa perustutkimuksessa yksikkö selvittää mahdollisuutta kehittää kaikkia alkuaineiden isotooppeja kuvaava universaali tiheysfunktionaalimalli. Yksikkö tutkii myös atomin ytimien osuutta neutriinofysiikassa.

Tuottoisia sovelluksia

Sovellustasolla yksikkö tutkii, kuinka ionisuihkujen intensiteettiä voidaan kasvattaa ja kuinka kiihdytinpohjaisen tutkimuksen yhteydessä kehitettyjä menetelmiä ja laitteita voidaan käyttää sovelluksissa.

Käytännön sovellukset tuottavat kiihdytinlaboratoriolle vuosittain puoli miljoonaa euroa.
-Sovellukset eivät synny ilman vankkaa perustutkimusta, Julin muistuttaa ja jatkaa:.
-Jos haluaa tehdä eturivin sovelluksia, on kehitettävä parempia laitteistoja kuin kenelläkään muulla.

Yksi esimerkki huippuyksikköön liittyvistä kaupallisista sovelluksista ovat erilaiset komponenttitestit. Esimerkiksi Euroopan avaruusjärjestö ESA säteilyttää komponentteja Ylistönrinteellä. Kiihdytinlaboratoriossa on yksi ESA:n kolmesta akkreditoidusta testilaitteistosta, joka simuloi avaruuden taustasäteilyn olosuhteita.

Nuoria voimia

Yli puolet huippuyksikön 60 jäsenestä on jatko-opiskelijoita tai post doc -tutkijoita.
Yksi heistä on fysiikan jatko-opiskelija Laura Mättö. Hän esittelee toimittajalle uutta oskilloskooppia, jolla hän yrittää mitata, tuleeko laitteen kammiosta elektronipulssia.
-Yritän testata elektronivahvistinta. Yritämme kehittää uusia sovelluksia hiukkaskiihdyttimen avulla muokatulle muovikalvolle, esimerkiksi elektronivahvistinta, jollaisia tarvitaan monissa elektronisissa mittauksissa vahvistamaan signaalia.

Kiihdytinpohjaisen materiaalifysiikan jatko-opiskelija Mikko Laitinen kehittelee näytteiden analysointilaitteistoa alkuaineiden syvyysprofilointiin ionisuihkua käyttäen. Laitteistoa voidaan käyttää sekä tieteelliseen tutkimukseen että kaupallisiin palveluihin.
Post doc –tutkija Nitipon Puttaraksa kehitti väitöstyössään energeettisillä ionisuihkuilla tehtävää litografiaa mikrofluidistiikkasovelluksia varten. Huippuyksikössä hän kehittelee uutta ionisuihkulitografiamenetelmää edelleen. Puttaraksan projekti on monitieteinen yhdessä biologian laitoksen kanssa.


Teksti Anna-Maija Tuuliainen. Artikkeli julkaistu Tiedonjyvä-lehdessä 5/2011. Kuva Petteri Kivimäki.