Paljud ehk ei teagi, et Rootsis, Lundis asuvas Rootsi rahvuslikus MAX IV laboratooriumis on Tartu Ülikooli teadlaste rajatud "oma" Eesti kiirekanal. Mõned aastad tagasi valminud ja 2018. aastal uuringuteks avatud FinEstBeAMS on osa välismaal paiknevast Eesti teadustaristust ning nagu selle nimestki aru saada, rajasime me selle koos soomlastega. Ligi 7 miljonit eurot maksnud FinEstBeAMS oli esimene riikidevahelise koostöö tulemusena valminud kiirekanal MAX IV laboratooriumis.

Kui senised Tartu Ülikooli füüsikute tegevused olid seotud kiirekanali disainimise, ehitamise ja testimisega, siis praeguseks on esimesed teaduslikud eksperimendid toimunud ning olulise teetähisena ilmus ka neil eksperimentidel põhinev teaduspublikatsioon.

Teadustöö käsitleb kolme ioonse vedeliku [EMIM][TFSI], [DEME][TFSI] ja [PYR_1,4][TFSI] keerukat elektronstruktuuri, mida uuriti fotoelektronspektroskoopia meetoditega gaasfaasis. Ioonsed vedelikud on sisuliselt vedelad soolad ning nende üks perspektiivikamaid rakendusvaldkondi on kasutamine superkondensaatorites, mis suudavad talletada märkimisväärselt energiat ja väljastada väga suuri elektrilisi võimsusi. Kahjuks pole veel lõpuni selge, miks osad ioonsed vedelikud sobivad superkondensaatorite elektrolüütideks paremini kui teised. Uuritud ning seni veel uurimata ioonsete vedelike rakendustega seotud probleemide paremaks mõistmiseks on muu hulgas tarvis välja selgitada nende elektronstruktuur, et fundamentaalsel tasemel paremini aru saada erinevate ioonsete vedelike omadustest kasutades selleks nii tipptasemel eksperimentaalseid kui ka modelleerimis- ja arvutusmeetodeid.

"Kiirekanal üllatas meid meeldivalt oma tugeva footonite vooga, mis võimaldas uuringuid läbi viia ülihea spektraalse lahutusega ja lühikeste mõõtmisaegadega. Saadud kvaliteetsed andmed olid suurepäraseks võrdlusmaterjaliks meie uurimisgrupis läbi viidud ioonsete vedelike omaduste modelleerimisele," märkis TÜ füüsika instituudi laborijuhataja Vambola Kisand.

MAX IV kiirendi on maailma eredaim valgusallikas

MAX IV kiirendi korrektne nimetus on sünkrotron. Kiirendis ringlev imepisikene elektronide kimp kiirgab eredat lühilainelist kiirgust, mis võimaldab teha nähtavaks ainete sisestruktuuri (mõne nanomeetri suurused fragmendid), olgu selleks siis bioloogilised molekulid või nanomõõtmetes materjalid. Samuti on see väga sobilik erinevate ainete  elektronstruktuuri uurimiseks. Sentimeetrise diameetriga roostevabast terasest torus kiirendatakse ülikõrgvaakumis asuv elektronide kimp 528 meetri pikkusel kogujaringil kuni 99,9999999985 protsendini valguse kiirusest. MAX IV on esimene neljanda põlvkonna sünkrotron ja nii on tegemist hetkel maailma ühe moodsaima kiirendiga ning kõige eredama valguse allikaga. Magnetvälja abil "taltsutatud" elektronid ringlevad 24/7 ning nende poolt kiiratud valgus suundub kiirekanalitesse, kus toimuvadki teaduslikud uuringud.

Avaliku teadustaristuna on sünkrotron mõeldud ühiskasutuseks kõigile huvilistele, teadusgruppidest ettevõtjateni. 2018. aastal oli MAX IV laboratooriumi kuuel avatud kiirekanalil kasutajaid ligi 500 inimest aastas; aastaks 2025 loodetakse järjest valmivate uute kiirekanalite kasutuselevõtmise tulemusena tõsta see arv 2500 kasutajani aastas. Loomulikult on oodata ka eestlaste kasvavat huvi selle ainult 1,5 lennutunni kaugusel asuva uurimiskeskuse vastu.

Samal ajal kerkib MAX IV kiirendi kõrvale ka Euroopa neutronkiirguse allikas ESS (European Spallation Source). Valminuna moodustavad MAX IV ja ESS ühiselt Põhja-Euroopa suurima teadustaristu.

Kiirekanal on avatud ka Eesti ettevõtjatele

Kiirekanal on varustatud kolme uurimisjaamaga, gaasfaas-, pinnafüüsika- ja luminestsentsi uuringuteks, kasutades sünkrotronkiirgust vahemikus 5-1400 eV. FinEstBeAMS pakub nii teadlastele kui ka kõrgtehnoloogia ettevõtetele teadus-arendustegevuse läbiviimiseks kõrge kvaliteediga lühilainelist VUV-XUV kiirgust, mis võimaldab uurida üksikute aatomite, molekulide, klastrite ja nanoosakeste elektronstruktuuri nii gaasilises olekus kui pindadel, osakeste interaktsiooni pindadega, mitmekihilisi struktuure ning erinevate materjalide pinna omadusi, samuti ka materjalide luminestsentskiirgust.

Praeguseks on MAX laboratooriumi võimekust kasutanud Eesti ettevõtetest varasemalt näiteks Clifton ja Lumifor: kellest esimene analüüsis pooljuhtmaterjalide omadusi mikroelektroonika tarbeks ning teine uurib uusi dosimeetrilisi materjale senisest efektiivsemate kiirgusandurite jaoks, mida rakendatakse ioniseeriva kiirguse mõõtmiseks meid ümbritsevas keskkonnas, nt. meditsiiniliste röntgenülesvõtete kiirgustaseme monitoorimiseks.

"Tänu FinEstBeAMSi tehtud investeeringule on Eesti teadlastel ja inseneridel juurdepääs mistahes MAX IV Lab-i kiirekanalile. See võimaldab rakendada 4. põlvkonna sünkrotronkeskuse kogu potentsiaali erinevate teadusvaldkondade – inseneeriast eluteadusteni, keskkonnateadustest füüsikani – inimkonna ees seisvate globaalsete väljakutsete lahendamisel, aga ka kaasaegse tehnoloogia ja säästliku arengu tagamisel," täpsustas professor Marco Kirm.

---

FinEstBeAMS kiirekanali ehitamises osalesid Eestist Tartu Ülikooli ning Soomest Oulu Ülikooli, Turu Ülikooli ja Tampere Tehnoloogiaülikooli teadlased tihedas koostöös MAX-IV Laboratooriumi töötajatega. Kiirekanali valmimist on toetanud Euroopa Regionaalarengu Fond, Tartu Ülikool, Soome Akadeemia, Oulu Ülikool, Tampere Ülikool, Turu Ülikool ja MAX IV labor.