Eesti teadlased ehitavad hiiglaslikku mikroskoopi

Illustratsioon: Pm

Tartu Ülikooli füüsikud on Eestis esimesed, kes teevad koostööd Euroopa neutronkiirguse allika keskusega.

Tartu Ülikooli füüsika instituudi teadlased on Eestist esimesed, kes on sõlminud ametliku kokkuleppe, et osaleda Euroopa neutronkiirguse allika keskuse tegevuses. Teadlased hakkavad välja töötama uut seadet, mis võib tulevikus aidata efektiivsemalt taimi kasvatada ning ehitada paremaid tuule- ja päikeseenergia seadmeid.

Tartu Ülikooli füüsika instituudi bioloogilise füüsika professori Jörg Pieperi juhitud töörühm ehitab oma mõõteseadme just Euroopa neutronkiirguse allika (ESS) tarbeks. «Peatselt ehitatava ESSi seninägematult suur neutronite hulk ajaühikus võimaldab esmakordselt saada piisavalt kiiresti ja täpse pildi biomolekulide struktuuri muutumisest ajas,» rääkis füüsika instituudi tööstussuhete ekspert Ott Rebane.

Enneolematu võimekus

Rebane selgitas, et ESSi uurimiskeskust võiks tervikuna kirjeldada kui «hiiglaslikku mikroskoopi» materjalide uurimiseks. «Professor Pieperi kavandatav mõõteseade saab olema üks paljudest eriilmelistest mõõteseadmetest seal teaduskeskuses,» rääkis Rebane. Ta selgitas, et kui kõrvutada seda näiteks fotograafiaga, siis erinevad mõõteseadmed võimaldavad üles võtta eri suurendusastmega kahemõõtmelisi või kolmemõõtmelisi «pilte». «Eespool mainitud analoogiat jätkates mõõdaks Pieperi seade pärast välklambiga materjali ergastamist kolmemõõtmelist ülisuure suurendusega videot molekulide kuju muutumisest,» rääkis Rebane.

Kuna kõne all olev niinimetatud mikroskoop kasutab ülesvõtte tegemiseks valguse asemel neutronkiirgust, siis on sellega võimalik näha ka seni kõige kehvemini näha olnud vesiniku aatomite liikumist molekuli struktuurimuutuse käigus. «Oluline on see kogu maailma teadusele seetõttu, et sellist mõõtmisvõimekust pole varem praktiliselt olnud,» ütles Rebane ja lisas, et eelmiste «mikroskoopide» niinimetatud lambivalgus ehk neutronkiirguse intensiivsus on olnud liiga nõrk, et selliseid kiireid protsesse mõõta.

Elektrokeemia teadur Heisi Kurig ütles, et inimestele võiks sellest seadmest kasu olla näiteks põllumajanduses. «On võimalik uurida, kuidas taimed mullast vett imavad, ja see aitab mõista, kuidas taimed reageerivad erinevatele keskkonna- ja mullastikutingimustele,» ütles Kurig. Ta lisas, et selle põhjal on võimalik teha järeldusi, kuidas on kõige õigem taimi hooldada, et saavutada optimaalne saagikus.

Samuti on sellest seadmest kasu erinevate metallisulamite ja metalldetailide liitmisvõtete, näiteks keevitamise uurimisel. «Uuritavad meetodid võimaldavad näha, kuivõrd mõjutavad ühe või teise metalli liitmisvõtte tingimused liitmiskohas tekkiva struktuuri kvaliteeti,» ütles Kurig.

Samuti on võimalik uurida luude struktuurilisi muutusi. «See meetod võimaldab analüüsida luude struktuuri ja luus toimunud muutusi, selle põhjal saab teha järeldusi, kuidas näiteks teha osteoporoosi ehk luuhõrenemise taastusravi,» ütles Kurig.

Tartu Ülikooli teadusprorektor Marco Kirm ütles, et iga riigi konkurentsivõime seisukohalt on oluline olla teadustegevuses maailmas esirinnas. «Eesti võimalus on läbi lüüa tavalisest intelligentsemate toodete, teenuste ja tehnoloogiatega, sest meil ei ole maavarasid, nagu näiteks gaas või nafta,» ütles Kirm. Samuti ei ole Eesti võimeline üksi rajama väga suuri uurimiskeskusi, mistõttu tehakse seda üheskoos teiste Euroopa riikidega.

«Selle töö käigus omandame ka vajalikud tipptaseme oskused, mis meil puuduvad, ja viime sinna oma kompetentsi, mida teistel ei ole,» lisas teadusprorektor.

Keemia instituudi töörühma juhtiv akadeemik Enn Lust ütles, et ESS annab suurepärase võimaluse edasi arendada biomeditsiini, biotehnoloogia, keskkonnatehnoloogia ja taastuvenergeetika seadmeid ja neis kasutatavaid materjale. «Meil tuleb asuda otsustavalt kaasajastama oma elektrienergia genereerimise süsteeme, sest vastasel juhul võib Eestis elektri tootmisel tekkida probleeme, kuna Euroopa Liit ei kavatse CO2-kvootide poliitikat leevendada,» rääkis Lust.

«Seega tuleb meil osaleda koos ülejäänud maailmaga tuule- ja päikeseenergia muundamise seadmete ja elektrienergia salvestamise seadmete arendamises,» ütles Lust. Nimetatud seadmete materjalide uurimine ongi võimalik rajatavas ESSis.

Ettevõtted huvitatud

Erinevate neutronkiirgusel baseeruvate meetodite väljaarendamine võimaldab vahetult analüüsida kütuseelementide, superkondensaatorite ja teiste kütuseid salvestavate süsteemide kahjustumise põhjuseid.

Lusti sõnul pole Eesti tööstusettevõtetel lähiaastatel muud võimalust kui osaleda ülemaailmses võidujooksus kõrgtehnoloogiliste seadmete arendamisel. «Momendil on selleks valmisolekut avaldanud näiteks AS Elcogen, AS Elering, AS 4-Energia,» ütles Lust. Uute huviliste liitumist projektiga oodatakse väga.

Euroopa neutronkiirguse allikas on üks suuremaid käimasolevaid teadustaristu objekte, mille ehitamist alustatakse tänavu septembris Rootsis Lundis. Projektist võtab osa 17 riiki, nende seas ka Eesti.  2014. aasta aprillist pärineva otsuse kohaselt panustab Eesti 0,25 protsenti projekti maksumusest, millest omakorda kuni 70 protsenti võib olla kaudne panus.