Teadus
Meie instituudi laborid teevad teadustööd väga erinevates füüsika valdkondades nagu näiteks teoreetiline füüsika, keskkonna- ja atmosfääriuuringud, meditsiin ja materjaliteaduse erinevad suunad. Ülevaate laborite aktuaalsetest uuringusuundadest annavad instituudi käimasolevad teadusprojektid.
Meie teatustööd on kajastatud palju ka meedias.
Viimaste aastate silmapaistavamad saavutused
Eesti Teaduste Akadeemia juhatus kinnitas 2023.–2024. aasta Arktika uuringute uurija-professoriks füüsika instituudi keskkonnafüüsika professori Heikki Junnineni.
Noore keskkonnateadlase laureaat Velle Toll on Tartu ülikooli atmosfäärifüüsika kaasprofessor ja uurib inimtegevuse kliimamõju eesmärgiga suurendada tuleviku kliima prognooside täpsust. Kui kasvuhoonegaaside soojendava kliimamõju tugevust teame juba mõnda aega üsna täpselt, siis Velle Tolli teadustöö tulemusena on teada, et inimtekkeliste mikroskoopiliste vedelate ja tahkete õhusaasteosakeste jahutav kliimamõju on seni arvatust nõrgem.
Seni eeldati kliimamudelites, et inimtekkelised õhusaasteosakesed muudavad pilvi paksemaks ja see kompenseerib olulisel määral kasvuhoonegaaside soojendavat kliimamõju. Velle Toll näitas, et enamasti muutuvad pilved õhusaaste mõjul hoopis mõnevõrra õhemaks ning seetõttu ei pea pelgama, et välisõhu puhastamine tervist kahjustavatest saasteosakestest kiirendab globaalset soojenemist.
Keskkonnafüüsika professor Heikki Junninen on maateadustes olnud aastaid 1 % enimtsiteeritud teadlaste hulgas.
Välisrahastusega teadus- ja arendusprojektid
AdaptEst
Riiklike kliimamuutustega kohanemise tegevuste rakendamine Eestis
AdaptEst
LIFE integreeritud projekt „Kliimamuutustega kohanemise tegevuste elluviimine Eestis“ (Implementation of national climate change adaptation activities in Estonia), LIFE21-IPC-EE-LIFE-SIP AdaptEst/101069566.
Kestus: 01.01.2023–31.03.2032
TÜ-poolne vastutav täitja: Ain Kull, alamprojektide juhid Piia Post,
Tõnu Oja, Ain Kull, Marko Kohv, Mehis Rohtla
Projekti summa TÜ-s: 1 480 401 EUR
Rahastajad: Euroopa Komisjon (61%), Kliimaministeerium (39%)
Alusuuring (50%); rakendusuuring (50%)
TÜ-st osalevad projektis:
füüsika instituut;
ökoloogia ja maateaduste instituut;
Eesti Mereinstituut.
Kõigi projektis osalevate partnerite loetelu leiad projekti veebilehelt.
Projekti peamine eesmärk on suurendada erinevate ökosüsteemide vastupanuvõimet muutuvas kliimas, parendada uuendatud kliimaprojektsoonide abil ühiskonna valmisolekut kliimamuutustega kohanemiseks ning ressursse säästes tagada positiivne sotsiaal-majanduslik mõju, kasutades selleks mitmeid häid tavasid, näidis- ja katseprojekte ning suutlikkuse suurendamise meetmeid.
Tartu Ülikooli töögruppide tegevused
Füüsika instituudi töögrupp professor Piia Posti juhtimisel uuendab kliimaprojektsioone atmosfääri kohta. Viimased kliimaprojektsioonid Eesti kohta on avaldatud 2015. aastal ning vajavad ajakohastamist, lähtudes uuematest teadustulemustest ning mudelarvutustest. Kliimaprojektsioonid on sisendiks kohanemise meetmete planeerimisele erinevates sektorites, nagu näiteks veemajandus, metsandus, põllumajandus, kalandus, energia, transport ja tervis.
Ökoloogia ja maateaduste instituudist töötab projektis kolm töörühma. Geoinformaatika töörühm professor Tõnu Oja juhtimisel kaasajastab tuleohukaardi rakendust ning viib selle KAURi operatiivtöösse. Loodusgeograafia töörühm kaasprofessor Ain Kulli juhtimisel uurib endiste kaevandusalade süsiniku sidumispotentsiaali ja selle suurendamise võimalusi üleujutatud aladel õõtsiksoode loomise abil ning veevoo- ja kvaliteedi reguleerimise võimalusi muutuva kliima tingimustes. Geoloogia osakonna töörühm Marko Kohvi juhtimisel tegeleb taastatavate lammialade seire ja drooniseirega.
Eesti Mereinstituudi töörühm kaasprofessor Mehis Rohtla juhtimisel püüab merisiia taastootmiseks sugukalasid.
FinEstBeAMS kiirekanal
Eesti-Soome kiirekanal atmosfääri füüsika ja materjaliteaduslikeks uuringuteks
Eesti-Soome kiirekanal (FinEstBeaMS) asub MAX IV labori (Lundis, Rootsis) 1.5 GeV kogujaringil. Kiirekanalil on kaks haru, millel asuvad kolm eksperimendijaama pinnafüüsika, gaasfaasi- ja atmosfääri protsesside ning tahkiste fotoluminestsentsi uuringuteks.
FinEstBeaMS pakub teadlastele, ka kõrgtehnoloogia ettevõtetele, teadusuuringute läbiviimiseks kõrge kvaliteediga kiirgust, mille parameetrid (lainepikkus ja valgusepolarisatsioon) on täpselt kontrollitud laias spektraalvahemikus (288 nm – 1.24 nm). Kiirekanal võimaldab uurida üksikute aatomite, molekulide, klastrite ja nanoosakeste elektronstruktuuri nii gaasfaasis kui pindadel, osakeste interaktsiooni pindadega, pindade vahekihte ning erinevate materjalide pindu.
Lisaks on Eesti – Soome kiirekanali eesmärgiks arendada ja luua uuenduslikke sünkrotronkiirgusel baseeruvaid analüüsi tehnikaid materjaliteaduses. Kiirekanal on platvorm Eesti ja Soome teadusliku ja tehnoloogilise koostöö edendamiseks. Rahastus Eesti – Soome kiirekanali ehitamiseks on saadud Euroopa Liidu Regionaalarengu Fondist ja Soome Akadeemialt.
Sünkrotronkiirgus on elektromagnetkiirgus, mida kiirgavad radiaalselt valguse kiirusel liikuvad laetud osakesed, mis kaotavad energiat magnetväljas. Looduslikuks sünkrotronkiirguse allikaks on näiteks Krabi udukogu. Sõltuvalt osakeste energiast on emiteeriunud kiirgus väga laias lainepikkuste vahemikus- infrapunasest kalgi röntgenkiirguseni.
Pildid, mis on mõõdetud Krabi udukogust erineval lainepikkusel: raadio, infrapuna, nähtav, ultraviolett-, röntgen- ja gamma kiirgus (https://en.wikipedia.org/wiki/Crab_Nebula).
Sünkrotronid on elektronide kiirendid, mida kasutatakse sünkrotronkiirguse loomiseks. Sünkrotronides saadakse kiirgust (valgust) valguskiirusel liikuvate elektronide aeglustamisel magnetväljas. Elektronide aeglustumine toimub sünkrotronis võngutis (ingl. undulaator), loksutis (ingl. wiggler) või pöördemagnetis (seademed, kus sünnivad footonid). Tekkinud kiirgus läbib kiirekanali eelosa (ingl. front end), mis eemaldab liigse soojuse ja kaitseb kasutajaid mittesoovitud kiirguse eest. Seejärel jõuab valgus kiirekanali põhiossa, mille kaudu juhitakse iga teadlase jaoks sobivate omadustega kiirgus (valgus) eksperimendi seadmeni.
Sünkrotroni skeem. Elektronid (e-) liiguvad valgusekiirusel kogujaringis, läbides undulaatori, vigleri või pöördemagneti, kus nad kallutatakse oma liikumise teelt kõrvale ja nad kaotavad energiat kiirgusena (valgusena). Valgus juhitakse kiirekanali abil uuritavale objektile, mis on eksperimendijaamas. (P. Willmott, An Introduction to Synchrotron Radiation Techniques and Applications, A John Wiley & Sons, Ltd., Publication, 2011, lk 5).
Edasist lugemist leiab Ergo Nõmmiste artiklis “Eredam kui tuhat päikest” ajakirjas “Horisont” Nr 3 2005 a., milles on tehtud populaarne ülevaade sünkrotronidest ja sünkrotronkiirgusest.
FinEstBeaMS kiirekanali valgusallikaks on rivimagnetseade undulaator (it undula – laine). Undulaator (vaata skeemi) koosneb koguri sirgetele lõikudele paigutatud järjestikustest püsiväljaga magnetitest. Kui elektron liigub sellises väljas on tema trajektor lähedane sinusoidile. Magnetvälja tugevus ja samm on undulaatoris valitud selline, et järjestikustelt siinuseperioodidelt kiiratud valguslained on omavahel koherentsed, st “käivad ühte jalga”, ja interfereeruvad. Footonite lainepikkus on määratud elektronidele mõjuvast magnetvälja tugevusest, st. püsimagnetite korral magnetpilu (undulaatori pilu) laiusest. Footonite lainepikkuse muutmiseks muudetakse magnetpilu laiust.
FinEstBeaMS kiirekanali undulaator on võimeline looma erineva polarisatsiooniga kiirgust (elliptiline parem ja vasak polarisatsioon ning vabalt valitava suunaga lineaarne polarisatsioon) kiirgust footonienergia vahemikus 4.3 eV ja 1000 eV (vastab lainepikkusele 288 – 1.24 nm). Undulaator on optimeeritud võimalikult suurele intensiivsusele väikestel footoni energiatel.
Kiirekanali hetkeseis
Kõik kolm eksperimendijaama tavakasutuses – 2020-12-15
Algab mõõtmisaegade taotlemine FinEstBeAMS kiirekanalilse. Kõik kolm eksmerimendijaama: Gaasfaasi, tahkiste ja luminestsentsieksperimendijaam ootavad tavakasutajaid.
Kõik kolm eksperimendijaama tavakasutuses – 2019-10-15
Avaldati esimesed teadustulemused FinEstBeAMS kiirekanalilt Tartu Ülikooli teadlaste poolt https://www.ut.ee/et/uudised/esimesed-teadustulemused-eesti-soome-fines…
Esimesed fotoelektronide ja fotoioonide samaaegsusmõõtmised – 2018-06-08
Mõõdetud N2 molekuli fragmentatsioon pärast N 1s ionisatsiooni (fragmendid kointsidentsis fotoelektroniga).
Esimesed test kasutajad kiirekanali fotoluminestsentsi eksperimendijaamal (Marco Kirm ja Sebastian Vielhauer) – 2018-06-01
Pildil paremalt: Sebastian Vielhauer, Marco Kirm, Vladimirs Pankratovs, Liis Reisberg, Kirill Cherenko, Rainer Pärna. Foto Antti Kivimäki.
Esimene neeldumisspekter (Total Ion Yield) mõõdetud gaasfaasi eksperimendijaamas – 2018-05-09
Pildi keskel on arvutiekraan, millel mõõdetud gaasilise lämmastiku neeldumisspekter. Pildil vasakul Antti Kivimäki, Kirill Cherenko, Liis Reisberg ja Rainer Pärna. Pildilt puuduvad Vladimirs Pankratovs ja Prof. Edwin Kukk.
Esimene ergastusspekter Ce3+ YAG-is mõõdetud fotoluminestsentsi eksperimendijaamas Vladimirs Pankratovi ja Kirill Chernenko poolt – 2018-03-16
Esimene lämmastiku lennuajamassi spekternitrogen mõõdetud Prof. Edwin Kukke poolt gaasfaasi eksperimendijaamas – 2018-03-16
Esimene valgus väljundpilul – 2017-12-15
2017 aasta lõpus jõudsime testimisega väljundpiluni.
Pildi keskel on arvutiekraan, millel näha sünkrotronkiirgus monokromaatori väljundpilul. Pildil vasakul Antti Kivimäki, Maximilian Faust, Liis Reisberg ja Rainer Pärna. Pildilt puuduvab Vladimirs Pankratovs.
Esimesed footonid MAX IV 1.5 GeV kogujaringist – 2017-11-24
FinEstBeAMS on esimene kiirekanal, mis on saanud valgust MAX IV labori 1.5 GeV kogujaringist.
Pildi keskel on arvutiekraan, millel kaamera poolt edastatud pilt YAG ekraanist, millel on näha 1.5 GeV kogujaringist kiiratud footonid. Pildil vasakult Antonio Barteliese, Vladimirs Pankratovs, Rainer Pärna, Antti Kivimäki ja Maximilan Faust. Pildilt puudub Liis Reisberg.
Kiirekanal on testimisel
2017-08-11
Kiirekanal on monteeritud
2016-12-16
Kiirekanal on monteeritud.
FinEstBeaMS kiirekanali optilised elemendid on tellitud
2014-05-09
FinEstBeaMS kiirekanali peeglid, peeglikambrid, monokromaator, väljundpilu on tellitud.
FinEstBeaMS kiirekanal MAX IV 1.5 GeV kogujaringi eksperimendihallis
FinEstBeaMS kiirekanali taristu
2014-03-15
FinEstBeaMS kiirekanali taristu on fikseeritud (ruumide paigutus, kommunikatsioonid jne). Esialgne disain on näidatud kiirekanali koduleheküljel.
FinEstBeaMS kiirekanali põrandaplaan
2013-11-26
FinEstBeaMS asub MAX IV labori 1.5 GeV kogujaringil positsioonil 12.
FinEstBeaMS kiirenanali detailne disaini aruanne (DDR)
2013-06-26
FinEstBeaMS kiirekanali detailne disaini aruanne on valmis. Dokument kirjeldab undulaatorit, optilisi elemente ja lõppjaamu. Dokument on aluseks kiirekanali disaini, hankimise ja ehitustööle.
FinEstBeaMS kiirekanali projekti algus
2012-11-20
Ametlik teadaanne, et projekt on alanud.
-
XPS, UPS
-
TOF-MS
-
NEXAFS, EXAFS
-
Luminestsents
Gaasfaasieksperimendijaam
Eksperimendijaam (Joonis 1) on suunatud vabade aatomite, molekulide, klastrite, aerosoolide, nanoosakeste ja vedelike uuringutele. Eksperimendijaama mõõtekamber on varustatud poolsfäärilise elektronenergia analüsaatoriga (Scienta R-4000), lennuaja massispektromeetriga ja mitmesuguste aurustusseadmetega (näiteks vaakumahjud). Eksperimendijaama kõik instrumendid varustatakse positsioonitundlike ja kiirete detektoritega. Neid on võimalik kasutada eraldi või ühel ajal. Eksperimendijaam võimaldab koguda informatsiooni aatomite, molekulide, klastrite ja nanoosakeste elektronstruktuuri, lagunemisteede (interakteerumisel ultraviolettkiirguse või pehme röntgenkiirgusega) ja pindadega ühinemise kohta.
Eksperimendijaamaga on võimalik ühendada kasutaja seadmeid või kogu kasutaja eksperimendijaama. Üheks selliseks mõõtmisjaamaks on 2.5 m pikkune lennuaja massispektromeeter, mille puhul kasutatakse ioonide sisestamiseks spektromeetrisse magnetvälja.
Joonis 1. Gaasfaasi eksperimendijaam.
Fotoluminestsentsi mõõtejaam
Kiirekanali gaasfaasieksperimendijaama taha paigaldatakse tahkiste uurimiseks mõeldud fotoluminestsentsi mõõtejaam (Joonis 2). Eksperimendijaama eesmärk on luminestsents spektroskoopia uuringud vaakumultraviolett ja röntgen ergutustega. Võimalik on uurida erinevaid tahkiseid (monokristallid, keraamikad, kiled, pulbrid jne). Eksperimendijaamal on suletud tsükliga vedela heeliumi krüostaat, mis tagab proovide temperatuuri T = 4 – 400 K. Fotoluminestsentsi kogutakse objektist optiliste fiibrite abil ja analüüsitakse kasutades Shamrock (Andor) spektromeetrit. Lisaks fotoluminestsentsspektroskoopiale saab mõõta peegeldusspektreid.
Joonis 2. Fotoluminestsentsi mõõtejaam monteerituna tahkefaasi harul.
Tahkiste uurimisjaam
Kolmanda mõõtejaamana on paigaldatud FinEstBeAMS kiirekanalile pinnafüüsika uurimisjaam (Joonis 3). Jaam koosneb neljast kambrist: (i) mõõtekamber, (ii) objekti liigutuskamber, (iii) load-lock, (iV) hoiustuskamber ja (v) ettevalmistuskamber. Peamiseks seadmeks mõõtekambris on poolsfääriline elektronide energiaanalüsaator (Specs Phoibos 150). See võimaldab Ultraviolet, röntgen ja nurksõltuvusega fotoelektrosspektroskoopia mõõtmisi. Mõõtekambris on võimalik objekte jahutada vedela lämmastiku temperatuurile (77 K) ja kuumutada objekte 700 K-ni. Kasutades load-locki on võimalik sisestada 12 objekti eksperimendijaama. Hoiustuskambris on võimalik hoida 12 objekti 10-10 mbar rõhul. Ettevalmistuskamber on varustatud madala energeetilise elektrondifraktsiooni seadmega, Auger elektron spektromeetriga ja quadrupole mass spektromeetriga. Lisak on võimalik ühendadakasutajate aurustus seadmeid.
Joonis 3. FinEstBeAMS tahkiste mõõtejaam. Parema analüüsikamber koos manipulaatori ja Specs Phoibos 150 elektron analüsaatoriga. Keskel “RDC” kamber objektide transpordiks koos “load lock” kambriga. Vasakul ettevalmistuskamber koos manipulaatori ja mass spektromeetriga.
Kiirekanali töögrupp
- Dr. Antti Kivimäki, Kiirekanali teadlane, Oulu Ülikool
- Dr. Weimin Wang, Kiirekanali insener, MAX IV labor
- Dr. Kirill Chernenko, Kiirekanali insener, MAX IV labor
Kiirekanali eestkõnelejad
• Prof. Marco Kirm, Tartu Ülikool
• Prof. Marko Huttula, Oulu Ülikool (FIRI koordinaator)
• Prof. Edwin Kukk, Turu Ülikool
• Prof. Mika Valden, Tampere Tehnoloogia Ülikool
• Prof. Nonne Prisle, Oulu Ülikool
• Dr. Mika Laustusaari, Turu Ülikool
• Dr. Rainer Pärna, Tartu Ülikool
Juurdepääs
Juurdepääs kõikidele kiirekanalitele MAX IV laboris tagatakse järgmiselt:
a) Konkurentsipõhine juurdepääs. MAX-i „Beamtime Policy“ näeb peamise viisina ette konkurentsipõhise mõõtmisaja (kuni 75 % kasutusajast) jagamise kiirekanalitel avaliku konkursi korras nagu kõikides sünkrotronkiirguse keskuses üle maailma. Selleks esitatakse digitaalse kasutajate keskkonna DUO (Digital Users Office) kaudu uurimistaotlus, mida hindab rahvusvaheline ekspertkomisjon, mis koos MAX IV esindajatega valib välja teaduslikult parimad taotlused, mis saavad siis mõõtmisaja.
b) Investeeringupõhine juurdepääs. See rakendub kõigile riikidele (Eesti, Soome, Taani), mis on investeerinud kiirekanalitesse. Eesti leping (Lisa 2), mille sõlmivad MAX IV Lab ja Tartu Ülikool kui Eesti kasutajaskonna konsortsiumi esindaja jõustub 01.01.2021. Selle kohaselt arvutatakse Eesti garanteeritud mõõtmisaeg iga-aastaselt 10 aastase kulumi perioodiks lähtudes meie 3.5 M€ investeeringust. Eesti täiendavad investeeringud MAX-TEENUS raames ning kiirekanali opereerimiskulude katmine tuumiktaristu toetusest lähevad investoritele garanteeritud mõõtmisaja arvestusse ning eespoolmainitud lepingut uuendatakse selles osas perioodiliselt.
c) Tasuline juurdepääs. Tasu võtmine uuringutelt (Proprietary Research ehk omanikuuuring), mis ei kuulu avaldamisele. Selleks sõlmitakse osapoolega eraldi leping või tasutakse konkreetse mõõtmisteenuse eest MAX IV Labori kehtestatud hinnakirja alusel.
d) Hariduslik ligipääs. MAX-i „Beamtime Policy“ näeb võimalust kasutada 2 % mõõteajast hariduslikul eesmärgil. Selleks, et taotleda ligipääsu hariduslikuks kasutuseks tuleb esitada taotlus, mida hindab MAX IV labori kasutajate teenindamisega seotud üksus.
MAX-TEENUS
Uute uurimisteenuste ja vajaliku taristu arendamine MAX IV sünkrotronkiirgusallikal
· Toetuse saaja: Tartu Ülikool
· Partnerid: Tallinna Tehnikaülikool, Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituut
· Periood: 01.08.2020 – 31.07.2023
· Toetus: 711 910,40 eurot
· Lühikirjeldus: MAX-TEENUS põhieesmärgiks on kindlustada Eesti teadlastele ja inseneridele nii avalikust kui ka ettevõtlussektorist juurdepääs MAX IV rahvusvahelise sünkrotronkiirguse allika kiirekanalitele, et seal läbi viia eksperimentaalseid uuringute kaasaegsematel uurimismeetoditel. Selleks arendatakse edasi Eesti FinEstBeAMS kiirekanali eksperimente, osutatakse Eesti kasutajatele tugiteenust eksperimentide läbiviimisel mistahes MAX IV kiirekanalil ning tutvustatakse sealseid uurimisvõimalusi Eestis.
Projekti eesmärgid
Projekti kõige olulisemaks eesmärgiks on suurendada Eesti teadus- ja arendustegevuse konkurentsivõimet läbi ligipääsu tagamise kõige kaasaegsematele uurimismeetoditele MAX IV sünkrotronkiirguse keskuses. MAX IV kiirekanalid võimaldavad läbi viia nii fundamentaal- kui ka rakendusuuringuid ainete struktuuri, omaduste, kuju ja morfoloogia väljaselgitamiseks kasutades kõige kaasaegseimaid kuvamise (imaging), spektroskoopia (spectroscopy), struktuuriuurimise (scattering) meetodeid, mis leiavad kasutust eri teadusvaldkondades. Meie teadlaste, inseneride ja arendustöötajate juurdepääs nendele unikaalsetele ressurssidele võimaldab Eesti teadus-arendustegevuse potentsiaali efektiivseimat kasutamist ja strateegilist arendamist.
Uuringuvõimalused MAX IV laboris ei piirdu mitte ainult FinEstBeAMSi kiirekanaliga, vaid tänu Eesti investeeringule ning meie teadlaste intellektuaalsele panusele, on tagatud juurdepääs TA-töötajatele mistahes sektorist kõigile MAX IV Laboris opereerivatele ja tulevikus rajatavatele kiirekanalitele kokkulepitud mahus. Seega on tegemist kogu Eesti teadus-arendustegevust toetava strateegilise taristuga. See on otseses kooskõlas tuumiktaristu toetuse eesmärkidega ning Eesti TAI strateegiaga „Teadmistepõhine Eesti” 2014-2020, mis näeb ette: Eesti teadus on kõrgetasemeline ja mitmekesine; teadus-arendustegevus toimib ühiskonna ja majanduse huvides. Maailma tipptasemel kiirekanalitel mõõtmisteenuste kasutamine MAX IV Lab sünkrotronkiirguse keskuses era- ja avaliku sektori poolt viib nende TA uuele tasemele, panustades kõrgtehnoloogiliste materjalide ja toodete väljaarendamisse ning muutes seeläbi majandusstruktuuri teadmiste mahukamaks.
Selleks, et täita riikliku tähtsusega teadustaristu rolli veelgi paremini oleme seadnud projekti MAX-TEENUS (Meede “Riikliku tähtsusega teaduse infrastruktuuri toetamine teekaardi alusel“) eesmärgiks uute uurimisteenuste väljaarendamise ja investorite mõõteaja suurendamise Eestile läbi lisainvesteeringu ning seeläbi Eesti kasutajatele nii avalikust kui erasektorist parema juurdepääsu tagamise MAX IV Laborile.
Antud projekti eesmärgiks on kasvatada uurimisteenuste osutamist MAX-TEENUSe konsortsiumi ja konsortsiumivälistele liikmetele, uutele Eesti uurimisgruppidele ja eelkõige ettevõtete kaasamist, mille tulemuseks on Eesti kasutajate hulga suurenemine MAX IV Laboris, rahvusvahelise koostöö ning Eesti teaduse ja tehnoloogiaarenduste nähtavuse kasv.
Rahvusvaheline koostöö suurtes teaduskeskustes
Füüsika Instituudi tugevuseks on seotus mitmete Eesti ja rahvusvaheliste teadustaristutega. Need on laborid, eksperimentaalne aparatuur, oskusteave, meetodid, materjalid, tegevused ja teenused teadus- ja arendustegevuses uute teadmiste loomiseks, rakendamiseks ja vahetamiseks.
Graphene Flagship on Euroopa Liidu kõige ulatuslikum ja suuremahulisem teadus- ja tehnoloogia-projekt. See on tulevikku suunatud nn FET (future and emerging technologies) projekt, mille missiooniks on grafeeni ning teiste 2D nanomaterjalide alus- ja rakendusuuringute läbi põhjalikult innoveerida erinevaid tööstusharusid. Projekti konsortsiumis on 150 partnerit (ülikooli, uurimisinstituuti ja tööstusettevõtet) 23 erinevast riigist. Tartu Ülikooli füüsikud ja materjaliteadlased osalevad projekti sensorite tööpaketis ja nende konkreetseks eesmärgiks on grafeenil ja selle sugulasmaterjalidel põhinevate gaasisensorite ja elektrooniliste ninade väljatöötamine. Sellised mikrosensorid on kiiresti arenev valdkond, mille olulised rakendused on õhu kvaliteedi ja tervisenäitajate jälgimine.
Projekti andmed:
- Kestvus 10 aastat (2013-2022)
- Eelarve 1.000.000.000 eurot
- Umbes 150 akadeemilist ja tööstuspartnerit 23 riigist + assotsieerunud partnerid
Pressiteated:
- TÜ teadlased viivad grafeen-nina Euroopale vaadata, Novaator, 29.09.2017
- The Graphene Flagship Shines at The Tallinn Digital Summit, 15.12.2017
- 40 ways graphene is about to change your life, 13.03.2019
- Nutinina päästab elusid, Eesti Ekspress 27.02.2019
- Tartu Ülikoolis valmis tulevikutelefoni prototüüp, Novaator 27.02.2019
EUROfusion on rahvusvaheline konsortsium mille eesmärgiks on tuumasünteesil (tähtede energiaallikas) põhineva energiatootmise realiseerimine aastaks 2050. Uut tüüpi energiaallika kasutuselevõtuga annab EUROfusion olulise panuse kliimamuutuste vähendamiseks.
EUROfusion konsortsiumi lähiaastate eesmärkideks on ITER ehitamine ja käitamine. Prantsusmaale ehitatav ITER saab olema maailma suurim tokamak tüüpi tuumasünteesireaktor (valmimisaeg 2025) mille projekteeritud võimsuseks on 500 MW. Seejuures annaks ITER 10 korda rohkem energiat kui tarvitab. Lisaks ELile panustavad ITER valmimisse Ameerika Ühendriigid, Jaapan, Lõuna-Korea, Hiina ja Venemaa. Hinnanguline maksumus 20 miljardit eurot teeb ITERi üheks maailma kallimaks teaduslikuks eksperimendiks. ITER edu järel on kavas valmistada demonstratsiooniseade DEMO. Praegu on suurimaks tokamak tüüpi reaktoriks Suurbrittannias asuv JET.
Eestis on EUROfusion liikmeks Tartu Ülikool ja sisuliselt on tegevusse kaasatud kolm Füüsika Instituudi töörühma: plasmafüüsika labor, ioonkristallide füüsika labor ja keskkonnafüüsika labor. Tänu EUROfusion raames läbi viidavale uurimistööle on TÜ töörühmadel ligipääs erinevatele EUROfusion taristu objektidele ja laialdane rahvusvaheline koostöö.
Projekti koduleht:https://www.euro-fusion.org/
Antud teemal on ilmunud Eestis mitmeid uudiseid.
Euroopa Neutronkiirguse Allikas (European Spallation Source ehk ESS) on 15 Euroopa riigi (s.h. Eesti) ühisprojekt, mille eesmärgiks on ehitada ja töös hoida järgmise põlvkonna teadusinfrastruktuuri objekti, mis on mõeldud põhiliselt materjaliuuringuteks neutronite abil. ESS ehitatakse Lundi, Rootsi ning selle arvutuskeskus saab olema Kopenhaagenis, Taanis. ESS-i ehitamine algas aastal 2014 ja on peagi valmimas.
Neutronkiirgust kasutatakse paljudes erinevates teadusuuringute valdkondades: biotehnoloogia, ravimidisain, farmakoloogia, materjalitöötlus, katalüüs, energia salvestamine, keskkond, roheline tehnoloogia, uued materjalid, energia ülekanne, transport, andmekandjad, kvantseadmed jne. Neutronkiirgus võimaldab hästi “pildistada” kergemaid aatomituumi – eriti vesinikku – sisaldavate materjalide struktuuri (nt biomolekulid), mida muul meetodil on ülimalt raske saavutada. Kuna planeeritav ESS on maailma võimsaim suunatud neutronkiirguse allikas, siis võimaldab see tulevikus teadlastel ja materjalitehnoloogilist arendust läbiviivatel ettevõtetel mõõta senistest allikatest kümneid kordi kiiremini, parema aeglahutusega ja ühtlasi märksa ohutumalt (eriti võrreldes tuumareaktoritel põhinevate neutronkiirguse allikatega). Impulss-režiimis neutronkiirgus tekitatakse ESS-is aatomituumade lõhestamisel (i.k. spallation).
ESS Eesti konsortsiumi juht on; Tartu Ülikool, projektipartnerid on Tallinna Tehnikaülikool, SA Eesti Teadusagentuur, Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituut ja Haridus- ja Teadusministeerium.
Projekti koduleht: https://europeanspallationsource.se/
Eesti veebileht: http://esss.ee/
Riiklik teadustaristu
Eesti Keskkonnaobservatoorium on Eesti teadusasutuste ühiselt arendatav keskkonnauuringute eksperimentaaljaamade võrgustik, mis katab integreeritult kolme teadussuunda:
- atmosfääri-, maapõue- ja kliimauuringud
- bioloogilise mitmekesisuse uuringud
- merekeskkonna uuringud.
NANOMATERJALIDE TEHNOLOOGIATE JA UURINGUTE KESKUS (NAMUR+) pakub nii teaduspartneritele kui ka avalikule ja erasektorile taristusse kuuluvate seadmetega avalikult kättesaadavat uurimisteenust, mõõtmistele eelnevat konsultatsiooni, proovikatsete tegemist ning mõõtmistejärgset andmetöötlust ja tulemuste interpreteerimist.
Eesti tippkeskused
Teaduse tippkeskuseid toetab Euroopa Regionaalarengu Fond
Tippkeskuse nimi inglise keeles: Emerging orders in quantum and nanomaterials
Toetuse saaja: Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituut
Tippkeskuse juht: Urmas Nagel
Partnerid: Tartu Ülikool, Tallinna Tehnikaülikool
Koduleht
Tippkeskus “Kontrollitud korrastatus kvant- ja nanomaterjalides” (EQUITANT) ühendab töörühmi Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudis (KBFI), Tartu Ülikooli Füüsika Instituudis ja Tallinna Tehnikaülikooli Tartu Kolledžis eesmärgiga uurida uudseid materjale, millel on omadus iseeneslikult korrastuda. Näiteks magnetid, kus magnetmomendid on korrastunud. Viimasel kümnendil on hakatud aktiivselt uurima aineid, kus samas aines on lisaks veel elektrilaengute korrastumine. Sellised ained on tehnoloogiliselt huvitavad, kuna lubavad elektriväljaga kontrollida magnetmomente ja nende korrapära mõistmine lubab sünteesida uusi materjale. Teame, et elektroonika komponentide mõõtmed vähenevad iga aastaga ja oluliseks muutuvad nanostruktuuride kvantomadused. Uurime, kuidas muutuvad kvantolekud kui suureneb süsteemi korrastamatus.
Koostööst erinevaid meetodeid kasutavate rühmade vahel võidavad kõik, sealhulgas ka doktorandid, kes suudavad püstitada ambitsioonikamaid eesmärke oma tegevusele, saades parema ligipääsu suurtele infrastruktuuri objektidele nagu Euroopa magnetlabor või neutroniallikad, aga ka Eesti magnetlaborile ja Tartu Ülikooli kiletehnoloogia laborile. Tippkeskuse rühmade kõrgtasemel uurimistöö võidab keeruka teema ühisest uurimisest ja seeläbi muutub ka Eesti teadlaskond tugevamaks ja enam nähtavaks nii kodus kui välismaal.
Tippkeskuses omandame magnetelektriliste nanomaterjalide sünteesi oskused, mis avavad Eesti teadusele ja tehnoloogiatele uusi võimalusi. Tippkeskuse väljakutseks on korrapäraste kristallide uurimisel saadud teadmiste rakendamine uute nanomaterjalide sünteesimisel. Ja loomulikult avaneb võimalus leiutada midagi niisugust, mida keegi praegu ette ei kujuta.
Tippkeskuse nimi inglise keeles: Zero energy and resource efficient smart buildings and districts
Toetuse saaja: Tallinna Tehnikaülikool
Tippkeskuse juht: Jarek Kurnitski
Partnerid: Tartu Ülikool, Eesti Maaülikool
Hoonete ning ehitatud piirkondade energia- ja ressursitõhususega tegelevas tippkeskuses on kuus uurimisrühma kolmest ülikoolist. Tippkeskus otsib lahendusi nullenergiahoonete ehitamiseks, hoonetes toimuva energiatarbimise ja -tootmise kokkusobitamiseks tsentraalse energiatootmisega ning ressursitõhususe parandamiseks nii energiatõhususe kui puidu kasutuse lisamise abil. Tippkeskuse teemad lähtuvad praeguste liginullenergiahoonetega seotud suurtest tehnilistest ja majanduslikest väljakutsetest, mille lahendamiseks on vaja teaduslikke uuringuid, uute lahenduste leidmist ning nende katsetamist näiteks pilootprojektides, et pikemas perspektiivis oleks võimalik jõuda nullenergiahooneteni.
Nullenergiahooned on energia efektiivse kasutamise ja tootmisega seotud probleemipõhine teema, mis koondab enda alla hoonete energiatõhususe, ehitusfüüsika, sisekliima, tehnosüsteemide, teatud osa arhitektuurist, ehitusmajanduse ning taastuvenergia lokaal- ja hajatootmise lahendused. Kuna ei ole olemas ühtegi üksikut lahendust või tehnoloogiat, mis teeks hoonest nullenergiahoone, siis on vajalik kõigi nende valdkondade teadlaste koostöö ning tulemuste oskuslik kokkusobitamine töötavateks terviklahendusteks.
Tippkeskuse nimi inglise keeles: Dark Side of the Universe
Toetuse saaja: Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituut
Tippkeskuse juht: Martti Raidal
Partnerid: Tartu Observatoorium, Tartu Ülikool
Koduleht: coe.kbfi.ee
Arvukad astrofüüsikalised ja kosmoloogilised mõõtmised näitavad, et 95% universumi massist koosneb tumeainest ja tumeenergiast. Samal ajal jääb täielikuks mõistatuseks, millised on tumeaine ja tumeenergia omadused. Kõik senised osakestefüüsika eksperimendid nende omaduste väljaselgitamiseks on andnud negatiivseid tulemusi. Praeguseks väljakujunenud ja üldiselt aktsepteeritud teoreetilise füüsika paradigma kohaselt koosneb tumeaine nõrka interaktsiooni evivatest massiivsetest osakestest. Samas eelnimetatud negatiivsed eksperimenditulemused viitavad fundamentaalsele paradigma muutuse vajadusele tumeda füüsika vallas. Lisaks uue generatsiooni tumeaine otsese ja kaudse detekteerimise eksperimentides testitavate teooriate uurimisele, on vajalik välja töötada ka uued tumeda sektori füüsika põhimõtted. Nende põhimõtete kohaselt võib universumi tume sektor olla sama keerukas kui nähtav sektor, sisaldades palju osakesi mitmekesiste interaktsioonidega. Sellise tumeda sektori omadused on oluliselt keerukamad kui seni eeldatud ja vajavad laiapõhjalist eraldi uurimist.
Tumeda universumi tippkeskuse eesmärgiks on uurida interakteeruva tumeda sektori omadusi ja selle avaldumisvorme nii konventsionaalsetes tumeaine teooriates kui ka uutes väljatöötatavates tumeda sektori mudelites. Tippkeskuses on kaasatud valdkonna juhtivad töögrupid Keemilise ja Bioloogilise Füüsika Instituudist (KBFI), Tartu Observatooriumist ja Tartu Ülikoolist. Kombineerides osakestefüüsika eksperimentide tulemusi astroosakeste füüsika eksperimentide, kosmiliste vaatluste ja arvutisimulatsioonide tulemustega, on tippkeskuse ülesandeks välja selgitada universumi tumeda sektori koostisosad ja nende vastasmõjud nii tumeda sektori sees kui ka tavalise barüonainega.
Tippkeskuse nimi inglise keeles: Advanced materials and high-technology devices for energy recuperation systems
Toetuse saaja: Tartu Ülikool
Tippkeskuse juht: Enn Lust
Partner: Tallinna Tehnikaülikool
Koduleht: matsci.ut.ee
Eesti teaduse tippkeskuse “Uudsed materjalid ja kõrgtehnoloogilised seadmed energia salvestamise ja muundamise süsteemidele” tegevus on suunatud funktsionaalsete materjalide arendamisele keskkonnasõbraliku ja jätkusuutliku energiatehnoloogia, sensoorika ja nanoelektroonika tarbeks. Tippkeskuse töögrupid arendavad koostöös kompleksselt laia spektrit energiaallikaid, -salvesteid ja –muundureid, disainivad ja sünteesivad selleks vajalikke materjale ja koostisosi ning uurivad nende füüsikalisi, keemilisi ja tehnoloogilisi omadusi, koostavad ja testivad energiaallikate laboratoorseid ning väikeseeria prototüüpe. Üldisemaks eesmärgiks on arendada innovaatilise ühiskonna tarbeks kõrgtehnoloogiliste materjalide ja seadmete alast oskusteavet ning valmistada ette kaadrit innovatiivse energia- ja materjalitehnoloogia alal.
Füüsika Instituut osales 2011-2015 järgmistes Eesti teaduse tippkeskustes
Tippkeskus baseerus kolme ülikooli teaduskoostööl:
Mesosystems lie in between the macroworld and atomic dimensions with extending quantum coherence from the size of atoms to micron and above. They have prospects for numerous novel applications in optoelectronics, informatics, photonics, diagnostics, sensorics etc. New theories leading to description of new materials and processes of intermolecular interactions and recognition, also to development of new research methods are needed. We will develop theoretical methods and models to handle phenomena on meso- and nanoscale, to test them experimentally and propose based on them applications. In particular, the CoE seeks to develop plasmonic metamaterials, "plasmonic crystals" and study "plasmonic invisibility". Methods of simulations of ultrafast nonlinear dynamics of mesosystems and biologically important molecules, nonlinear plasmon-photonics on discrete photon level, prediction and study of new superconducting, magnetic and radiationally stable mesosystems will be developed.
Mittelineaarsete protsesside analüüsi tippkeskus (Centre for Nonlinear Studies – CENS) on loodud 1999.a. CENS oli juba aastatel 2002-2007 Eesti tippkeskuste hulgas ning koondab Eesti põhilise kompetentsi selles vallas. CENSi konsortsiumi moodustavad neli uurimisrühma Tallinna Tehnikaülikooli Küberneetika Instituudist ja üks Tartu Ülikoolist: mittelineaarne dünaamika ja komplekssüsteemid (juht Jüri Engelbrecht), lainetuse dünaamika ja rannikutehnika (Tarmo Soomere), südamelihasrakkude energeetika (Marko Vendelin), mittelineaarsed juhtimissüsteemid (Ülle Kotta) ning optika ja spektroskoopia (Peeter Saari).
Interdistsiplinaarne tippkeskus "Kõrgtehnoloogilised materjalid jätkusuutlikuks arenguks" tegeleb uute materjalide arvutidisaini, sünteesi, karakteriseerimise ja rakendamisega jätkusuutliku kõrgefektiivse energeetika probleemide lahendamiseks. Kõrgefektiivne loodussõbralik taastuvenergeetika kujuneb lähiajal kindlasti maailma majanduse üheks arengumootoriks, kuna seni rakendatav traditsiooniline lähenemine ei suuda tagada piisavalt kõrget energeetilist efektiivsust ja keskkonnasõbralikkust.
Rahvusvahelised konverentsid
2023
Geometric Foundations of Gravity 2023
Koht: Tartu Ülikooli füüsika instituut (W. Ostwaldi 1, Tartu ).
Korraldaja Tartu Ülikooli füüsika instituut.
Aeg. 19.-22. juuni 2023
2022
Metric-Affine Frameworks for Gravity 2022
Koht: Tartu Ülikooli füüsika instituut (W. Ostwaldi 1, Tartu ).
Korraldaja Tartu Ülikooli füüsika instituut, teaduse tippkeskus "Tume universum"
Aeg. 27. juuni- 1. juuli 2022
2021
Geometric Foundations of Gravity 2021
Koht: Tartu Ülikooli füüsika instituut (W. Ostwaldi 1, Tartu), online
Korraldaja: Tartu Ülikooli füüsika instituut, teaduse tippkeskus "Tume universum"
Aeg: 28. juuni-2. juuni 2021
Workshop-Seminar: Covariance in Teleparallel Gravity
Koht: Tartu Ülikooli füüsika instituut (W. Ostwaldi 1, Tartu), online
Korraldaja: Tartu Ülikooli füüsika instituut, teaduse tippkeskus "Tume universum"
Aeg: 18. ja 20. juuni 2021
2020
Teleparallel Gravity workshop 2020
Koht: Tartu Ülikooli füüsika instituut (W. Ostwaldi 1, Tartu), online
Korraldaja: Tartu Ülikooli füüsika instituut, teaduse tippkeskus "Tume universum"
Aeg: 15.-19. juuni 2020
2019
Advanced Training School on Remote Sensing/Earth Observation "Applications of Remote Sensing in the Baltic Sea region"
Koht: Kubija Spa (Kubija, Võrumaa)
Korraldajad: University of Tartu, "Baltic Earth"
Aeg: 15.-20. september 2019
Geometric Foundations of Gravity 2019
Koht: Tartu Ülikooli füüsika instituut (W. Ostwaldi 1, Tartu)
Korraldaja: Tartu Ülikooli füüsika instituut, teaduse tippkeskus "Tume universum"
Aeg: 17.-21. juuni 2019
Graduate School of Functional Materials and Technologies Scientific conference 2019
Koht: Tartu Ülikooli füüsika instituut (W. Ostwaldi 1, Tartu)
Korraldaja: "Funktsionaalsete materjalide ja tehnoloogiate doktorikool
Aeg: 4.-5. veebruar 2019
Veeb: http://fmtdk.ut.ee/2018/12/03/teaduskonverents-2019/
2018
COST Action “European Network of BioAdhesives” training school on Bioinspired adhesive polymers and hydrogels
Koht: Tartu Ülikooli füüsika instituut (W. Ostwaldi 1, Tartu)
Korraldaja: Tartu Ülikool, COST Action "European Network of BioAdhesives"
Aeg: 3.-7. detsember 2018
Veeb: http://www.enba4.eu/2018/05/21/morphology-and-structure-sem-and-sem-fib-...
Teleparallel Gravity workshop 2018
Koht: Tartu Ülikooli füüsika instituut (W. Ostwaldi 1, Tartu)
Korraldaja: Tartu Ülikooli füüsika instituut, teaduse tippkeskus "Tume universum"
Aeg: 25.-28. juuni 2018
XXII Annual Air Ion and Aerosol Workshop
Koht: Pühajärve Spa (Pühajärve)
Korraldajad: Tartu Ülikool, Helsingi Ülikool
Aeg: 8.-9. mai 2018
Veeb: https://sisu.ut.ee/air_ion_and_aerosol_workshop_2018/
VI International Symposium on Strong Nonlinear Vibronic and Electronic Interactions in Solids
Koht: Dorpat konverentsikeskus (Turu 2, Tartu)
Korraldajad: Tartu Ülikool, Max Planck Institute for Solid State Research (Stuttgart), Brandenburg University of Technology (Cottbus)
Aeg: 28. aprill - 1. mai 2018
Veeb: https://ttl.ut.ee/ws18/
2017
Gravitatsiooni geomeetrilised alused
Koht: Tartu Ülikooli füüsika instituut (W. Ostwaldi 1, Tartu)
Korraldaja: Tartu Ülikooli füüsika instituut, teaduse tippkeskus "Tume universum"
Aeg: 28. august - 1. september 2017
Funktsionaalsete materjalide ja nanotehnoloogiate alane rahvusvaheline konverents FM&NT 2017
Koht: Dorpat konverentsikeskus (Turu 2, Tartu)
Korraldaja: Eesti Füüsika Selts koostöös Tartu Ülikooliga
Aeg: 24.-27. aprill 2017
Veeb: http://fmnt.ut.ee/
2016
Vibronic Coupling and Electron-Phonon Interactions in Molecules and Crystals: XXIII International Symposium on the Jahn-Teller Effect
Koht: Dorpat konverentsikeskus (Turu 2, Tartu)
Korraldaja: Tartu Ülikool
Aeg: 27. august - 1. september 2016
Veeb: https://ttl.ut.ee/jt16/
2015
12-s rahvusvaheline augupõletamise, üksikmolekuli ja sellega seotud spektroskoopiate alane konverents: teadus ja rakendused HBSM 2015
Koht: Tartu Ülikooli Füüsika Instituut (Ravila 14c, Tartu)
Aeg: 24.-27. august 2015
9-s rahvusvaheline luminestsents-detektorite ja ioniseeriva kiirguse transformaatorite alane konverents LUMDETR 2015
Koht: Dorpat konverentsikeskus (Turu 2, Tartu)
Korraldaja: Tartu Ülikooli Füüsika Instituut
Aeg: 20.-25. september 2015
13-s rahvusvaheline Balti aatomkihtsadestamise alane konverents Baltic ALD 2015
Koht: Tartu Ülikooli Füüsika Instituut (Ravila 14c, Tartu)
Aeg: 28.-29. september 2015
2013
Funktsionaalsete materjalide ja nanotehnoloogiate alane rahvusvaheline konverents FM&NT 2013
Koht: Dorpat konverentsikeskus (Turu 2, Tartu)
Korraldaja: Tartu Ülikooli Füüsika Instituut
Aeg: 21.-24. aprill 2013
Veeb: http://fmnt.ut.ee/
Eesti-Soome kiirekanal atmosfääri füüsika ja materjaliteaduslikeks uuringuteks
Eesti-Soome kiirekanal (FinEstBeaMS) asub MAX IV labori (Lundis, Rootsis) 1.5 GeV kogujaringil. Kiirekanalil on kaks haru, millel asuvad kolm eksperimendijaama pinnafüüsika, gaasfaasi- ja atmosfääri protsesside ning tahkiste fotoluminestsentsi uuringuteks.
FinEstBeaMS pakub teadlastele, ka kõrgtehnoloogia ettevõtetele, teadusuuringute läbiviimiseks kõrge kvaliteediga kiirgust, mille parameetrid (lainepikkus ja valgusepolarisatsioon) on täpselt kontrollitud laias spektraalvahemikus (288 nm – 1.24 nm). Kiirekanal võimaldab uurida üksikute aatomite, molekulide, klastrite ja nanoosakeste elektronstruktuuri nii gaasfaasis kui pindadel, osakeste interaktsiooni pindadega, pindade vahekihte ning erinevate materjalide pindu.
Lisaks on Eesti – Soome kiirekanali eesmärgiks arendada ja luua uuenduslikke sünkrotronkiirgusel baseeruvaid analüüsi tehnikaid materjaliteaduses. Kiirekanal on platvorm Eesti ja Soome teadusliku ja tehnoloogilise koostöö edendamiseks. Rahastus Eesti – Soome kiirekanali ehitamiseks on saadud Euroopa Liidu Regionaalarengu Fondist ja Soome Akadeemialt.
