Lundis asuv Euroopa Neutronkiirguse Allikas on maailma võimsaimas neutronkiirgust kasutav teaduskeskus. Seda hakkasid nelja aasta eest Lundi ehitama 15 Euroopa ülikooli, teiste hulgas on oma osalus Eesti ülikoolidel.

Neutronkiirguse abil saab nimelt pildistada kergemaid aatomituumi ja niimoodi uurida materjalide struktuuri. Aga enne kui on võimalik asuda nende uuringute juurde, on tarvis välja töötada suur hulk keerukat tehnoloogiat. Lundi kiirendis liikuvaid prootoneid kiirendatakse elektriväljaga.

Selle elektrivälja tekitamiseks on vaja impulsstoiteallikat. Ja ühe sellise unikaalse kõrgepingelise impulsstoiteallika prototüübi ongi Tallinna tehnikaülikooli teadlased valmis saanud.

Kõrgepingeline impulsstoiteallikas ongi justkui autole rehv – see on üks osa paljudest, kuid ilma selleta on kogu tervik kaunis mõttetu. “Impulsstoiteallika üks oluline osa on kõrgeimpulss trafo, mis teeb ühe kilovoldisest pingest kümme kilovolti ehk siis 10 korda tõstab pinget. Ja kümme kilovolti on siis selline keskpinge, mida kasutatakse elektrivõrkudes näiteks elektritranspordiks,” selgitab TTÜ teadur Heigo Mõlder.

Kümme korda kõrgemaks tehtud pinge liigub edasi alaldisse, kus vahelduvpinge tehakse alalispingeks. Alalispinge liigub TTÜ laboris edasi väikesesse katsemaketti, kuid Lundi kiirendis liigub see pinge edasi raadiolampidesse kust erinevate seadmete vahendusel pommitatakse hiiglaslikku volframketast, millest omakorda põrkuvad välja neutronid. Ja just nende neutronite abil ongi võimalik uurida erinevate ainete omadusi.

Aatomituumade lõhestamisel (i.k. spallation) põhinev neutronkiirgus tekitatakse järgnevalt. Esmalt rebitakse mingilt koguselt vesiniku aatomitelt elektronid ära ja alles jäävad prootonid. Vaakumis paiknevaid prootoneid kiirendatakse muutuvas elektromagnetväljas ning pärast mõnesajameetrist kiirendamist lendavad need vastu “sihtmärki”.

Lundi kiirendis on esimest korda “sihtmärgiks” pöörlev volframist ketas, mille aatomituumad prootonitega pihta saades lagunevad ja suures koguses neutroneid emiteerivad. Need neutronid aeglustatakse ja suunatakse väga erineva otstarbega mõõteinstrumentidele. Mõõteinstrumentide detektorite väljundite järgi arvutatakse arvutuskeskuses välja pilt või muud andmed, mis on vastava mõõteinstrumendi väljundiks.

Indoneesia pistoda tupe pildistamisel on neutronhajumise abil leevendatud metallkesta mõju puidust siseosa kujutisele. Ülal vasakul pistoda ja selle tupp. Ülal paremal objekti läbiva neutronkiirega tehtud pilt. All vasakul ja paremal 3D pildid tehtud vastavalt neutronkiirgusega ja röntgenkiirgusega. Autor: E.H.Lehmann, Paul Scherreri instituut

Materjalitehnoloogias, bioloogias, rohelises tehnoloogias, keskkonnas, ravimidisainis, biotehnoloogias ja meditsiinis – loetleb TTÜ vanemteadur Tanel Jalakas valdkondi, milles neutronkiirguse abiga saab teha uuringuid.

Jalaka sõnul on see seade ainulaadne, kuna temas on kokku pandud erinevad tehnilised lahendused, mida keegi selliselt pole varem kasutanud. Lihtne pole taolist seadet teha, sest nappi raha eest tuleb saada parimad materjalid ja lahendused.

Näiteks toob Jalakas ühe masina komponendi, mis nõudis erilahendust. Sakslaste pakutud kvaliteetne materjal ja lahendus võinuks sobida, kuid maksis 24 000 eurot. Hiinlased pakkusid sama lahendust 3000 euro eest, ehkki nagu lõpuks selgus kehvema kvaliteediga. Lõpuks leiti parima hinna ja kvaliteedi suhtega lahendus hoopis USAst.

Seega võttis oma aja ja töö ka taoliste valikute tegemine, mistõttu venis seadme valmimine lõpuks aasta jagu pikemaks.

Nüüdseks on aga TTÜ teadlaste unikaalse kõrgepingelise impulsstoiteallika prototüübi dokumendid Lundi kiirendisse ära saadetud ning jääb üle vaid oodata, kas see prototüüp osutub valituks ja läheb töösse.

Kui läheb töösse, on neid seadmeid vaja kümneid. Mis siis saab? “Siis saab palju raha,” naljatab Heigo Mõlder. Tanel Jalakas kinnitab tõsiselt, et nad on neid valmis rohkem tegema – nüüd on juba lihtsam kui protoüüpi välja töötades.

Esimesed neutronid loodetakse välja lennutada juba aastal 2019. Ja siis peaksid teadlased ja ettevõtted saama oma uuringud teha juba kümneid kordi kiiremini ja ohutumalt.

10-kilovoldise toiteallika projekteerisid ja ehitasid Tallinna tehnikaülikooli teadlased Dimitri Vinnikov (projekti üldjuht), Tanel Jalakas (operatiivjuhtimine, aruandlus, laborikatsed), Kuno Janson (teooria, arvutused ja laborikatsed) ja Heigo Mõlder (protsesside modelleerimine, elektromagnetväljade arvutamine). Nad esitlevad seda seadet 15. märtsil kell 15 TTÜs.