Doktoriõpe

Programm sisaldab järgnevaid erialasid:

1. füüsika (füüsika instituut)

2. keemia (keemia instituut)

3. kosmoseteadus ja -tehnoloogia (Tartu observatoorium)

Tutvu programmiga.

Programm sisaldab järgnevaid erialasid:

1. arvutitehnika (tehnoloogiainstituut)

2. jätkusuutlik energeetika (keemia instituut)

3. keskkonnatehnoloogia (ökoloogia ja maateaduse instituut)

4. materjaliteadus (füüsika instituut)

5. molekulaarne biotehnoloogia (tehnoloogiainstituut)

Tutvu programmiga.

Inimtekkelised õhusaasteosakesed kompenseerivad teadmata määral kasvuhoonegaaside poolt põhjustatud globaalset soojenemist. Kui õhusaasteosakestel on tugev jahutav mõju Maa kliimale, on tulevikus oodata kiiret kliima soojenemist. Käesolev projekt analüüsib, kas õhusaasteosakesed jahutavad tugevalt Maa kliimat pilvede omaduste muutmise kaudu. Õhusaasteosakesed võivad nimelt Maa kliimat tugevalt jahutada, kui lisaks sellele, et õhusaasteosakeste mõjul tekivad väiksemad pilvepiisad, muudaksid saasteosakesed pilvi ka paksemaks ja suurem osa taevast oleks pilvedega kaetud. Käesolev projekt analüüsib satelliitmõõtmiste põhjal laevade heitmetest saastunud pilvi. Laevade heitmetest saastunud pilved on loomulikud eksperimendid õhusaasteosakeste mõjust pilvkattele ja võimaldavad võrrelda saastunud ja saastumata pilvede omadusi muidu identsetes tingimustes. See tähendab, et laevade emissioonidest saastunud pilved sarnanevad laborikatsetele, kuigi eksperimenditaolised tingimused on loodud teadlase sekkumiseta. Taolised loomulikud eksperimendid võimaldavad aerosoolide mõju pilvedele kvantifitseerida erakordse usaldusväärsusega. Projekti tulemused võimaldavad koostada senisest usaldusväärsemaid kliimaprognoose, mis on vajalikud kliimamuutuste leevendamiseks ja kliimamuutustega kohanemiseks.

Vastutav juhendaja on dr Velle Toll (velle.toll@ut.ee) kliimauuringute keskusest.

Füüsika eriala.

Viimastel aastatel on kliimamuutustest tingitud nähtused, näiteks põuad ja intensiivse päikesekiirgusega perioodid, muutunud järjest sagedasemaks. Jätkusuutliku põllumajanduse arenguks on kliimamuutustega vaja kohaneda. Üks võimalus ekstreemsetes tingimustes toimetulemiseks on uurida fotosünteesis asetleidvaid natiivseid kohanemismehhanisme, kus on oluline roll fotokatiivsetel valkudel, mis osalevad taimede fotosünteesis. Kaks paljulubavat biokaitsjat on trehaloos ja glütserool, mis on fotoaktiivse valgu jaoks vastavalt stabilisaator ja plastifikaator.
Trehaloos on spetsiifiline suhkur, mida leidub organismides, mis suudavad üle elada ekstreemsed tingimused, näiteks väga äärmuslikud temperatuurid või põuaperioodid. On näidatud, et trehaloos suudab säilitada natiivse fotosünteesiva valgu funktsioneerimise isegi dehüdreeritud seisundis. Glütserool on hüdrofiilne ühend, millel on võime olla vastastikmõjus veega ja seega suurendada valgu pinna märgumist. Plastifitseeriv mõju tagab valgu funktsioneerimiseks olulise painduvuse ja takistab kahjulikku agregatsiooni või valgu valesti voltumist. Samas, trehaloosi ja glütserooli kaitsemehhanismide mõistmiseks molekulaartasandil on veel tõlgendamisruumi.
Neutronhajumise meetodid sobivad nanoskaalas valgu struktuuri ja peaaegu natiivsetel tingimustel liikuvuse uurimiseks. Lisaks sellele saab neutronhajumise meetoditega uurida valkude ja biokaitsjate vahelisi interaktsioone. Trehaloosi või glütserooli molekulide asukohta valgu pinna ja hüdraatkatte suhtes uuritakse väiksenurgalise neutronhajumise meetodiga koos kontrasti sobitamise analüüsiga, et paremini mõista molekulide interaktsiooni mehhanisme. Lisaks struktuursele terviklikkusele peavad valgud funktsioneerimiseks säilitama ka teatud painduvuse. Valkude painduvust ekstreemsetel tingimustel ja biokaitsjate juuresolekul uuritakse kvaasielastse neutronhajumise meetodiga.
 

Vastutav juhendaja on prof Jörg Pieper (jorg.pieper@ut.ee) Neutronhajumise töörühmast.

Füüsika eriala.

Terviklik kiirgusseire kava on iga tuumaenergiaprogrammi oluline osa, et saavutada kiirguskaitse peamine eesmärk – kaitsta inimesi ja keskkonda ioniseeriva kiirguse kahjulike mõjude eest. Väikestest modulaarsetest reaktoritest (SMR) on saamas paljude energiatootjate valik erinevates riikides. Paraku pole praegu veel võtta näiteid SMRide jaoks sobilikest kiirgusseireprogrammidest. 
Selle doktorantuuriprojekti raames töötatakse välja terviklik, SMRide jaoks oprimeeritud kiirgusseire kava, mis sisaldab juhiseid jaama eluea erinevate etappide jaoks lähtudes mõtteviisist “rohealast rohealani”: 
i)    jaama rajamise eelne seire (ehitusperiood, fooni mõõtmine), 
ii)    käiduperioodi seire (nii tavapärase töörežiimi kui hädaolukordade tingimustes)
iii)    sulgemisjärgne ehk dekomissioneerimise etapi seire. 
Erilist tähelepanu pööratakse SMRide suuruse jm eripäradega arvestava hädaolukordadeks valmisoleku korralduse väljatöötamisele tuumajaama ümbruses. Rõhku pannakse õhusaaste leviku mudeldamisele lähtuvat atmosfääri dünaamikast.
Projekti raames välja töötatav kiirgusseirekava võtab arvesse SMRi parameetreid ja rakendab kaasaegseid mõõtevahendeid (nagu droonid ja mõõtevõrgustik) koos reaalajas teostatava dispersioonanalüüsiga (JRODOS, SILAM vms). Dispersioonanalüüs annab muuhulgas sisendit hädaolukordadeks valmisoleku meetmete – nt varjumine, evakueerimine, joodiprofülaktika – kasutamise vajaduse kohta.
 

Vastutav juhendaja on dr Siiri Salupere (siiri.salupere@ut.ee) ja juhendajad Marko Kaasik Atmosfääri- ja keskkonnateaduste laborist ja Marti Jeltsov KBFIst.

Füüsika eriala.

Projekti eesmärk on välja töötada uudne stsintillatsiooni materjal gamma-kiirguse joaks, mille toime põhineb Tšerenkovi kiirguse ja kross-luminestsentsi kombinatsioonil. Selline stsitillaator on omab suurt perspektiivi lennuaja positronemissiooni tomograafia (TOF-PET) rakendustes, aidates oluliselt suurendada selle ruumilist lahutusvõimet ja vähendades patsientide kiiritusdoose, viies sellega meditsiinilise diagnostika uuele kvaliteeditasemele. Uurimistöö käigus sünteesitakse ja uuritakse aeglahutusega luminestsentsspektroskoopia meetodil raskeid ternaarseid fluoriide, mis sisaldavad kross-luminetsentsi tekkeks vajalikke katioone (Rb, Cs, Ba) ning rasked elemendid aatomnumbriga üle 70 (Lu, Hf, Ta, W, Pb, Bi), mis soodustavad uuritava ühendi Tšerenkovi kiirguse kõrgemat saagist. Kõrgeima kross-luminestsentsi ja Tšerenkovi kiirguse saagisega ühendeid valitakse edasisteks rakendusuuringuteks. Uurimistöö viiakse läbi tihedas rahvusvahelises koostöös teadlastega (CCC koostöö CERN-s), kes on spetsialiseerunud TOF-PET meetodi arendamisele.

Vastutav juhendaja on dr Vitali Nagirnõi (vitali.nagirnoi@ut.ee) ja juhendaja prof Marco Kirm ioonkristallide füüsika laborist.

Füüsika eriala.

Käesolev doktoriprojekt keskendub antimikroobsete pinnakatete väljatöötamisele, mis toimivad efektiivselt nii kuivades kui ka poolkuivates tingimustes. Projekti käigus on kavas valmistada ja testida stabiilseid antimikroobseid pinnakatteid, mis põhinevad kaht liiki perspektiivsetel antimikroobsetel lämmastikku sisaldavatel ühenditel, alküülitud PEI-del (polüetüleenimiinidel) või N-halamiinidel. Töö hõlmab alküülitud PEI-de või N-halamiinide baasil antimikroobsete polümeersete soolade sünteesi, parima pinna katmise tehnoloogia väljatöötamist/valimist (pihustamine, värvimine, immersioon) ja kovalentse kinnitamise meetodite väljatöötamist (antimikroobsete ühendite keemilise modifitseerimisega või ilma). Uuritakse ka valmistatud pinnakatete koostist, homogeensust ja paksust. Planeeritud on teostada valmistatud pinnakatete kulumiskindluse testimine ning läbi viia pindade antimikroobseid omadusi iseloomustavad testid.
Lisaks on antud projekti raames kavas uurida alküülitud PEI ja N-halamiinühendite toimet kombinatsioonis mitmete anorgaaniliste antimikroobsete ühenditega (sh TiO₂, ZnO, vase ja hõbeda nanoosakesed), et luua sünergilise antimikroobse toimega pindu. Sünergilise mõju testimiseks valitud ühendid on erineva toimeviisiga (fotokatalüütiline efekt või metallide toksilisus kombineerituna PEI-de ja N-halamiinide rakumembraane kahjustava mõjuga) ning seetõttu võib tulemusena eeldada laiapõhjalist antimikroobset efekti. Seesugused pinnad pakuksid olulist ja kiiret mikroobivastast toimet ning vähendaksid tõenäosust erinevate mikroobide, sealhulgas ka potentsiaalselt resistentsete, ellujäämiseks. Käesoleva doktoriprojekti tulemusena on kavas avaldada kolm teaduspublikatsiooni.
Käesolev doktoriprojekt on seotud TEM-TA55 projektiga “Sünergial põhinevad antimikroobsed pinnakatted - innovatiivsed rakendused tervishoius”.
 

Vastutav juhendaja on dr Vambola Kisand (vambola.kisand@ut.ee) röntgenstruktuuride laborist ja juhendajad on dr. Alexander Vanetsev ioonkristallide laborist ja prof Angela Ivask (Molekulaar- ja rakubioloogia instituut).

Materialiteaduse eriala.

Projekt keskendub erinevate metalloksiididest tahkiskihtide uurmisele, mis üheaegselt omaksid head optilist läbipaistvust, elektrilist juhtivust, mehhaanilist kõvadust ja elastsust. Selleks otsitakse võimalusi erinevate metallioksiidide  (nt. Ga₂O₃, Nb₂O₅, TiO₂, HfO₂, ZrO₂, Al₂O₃) ja nende kombinatsioonide sünteesiks võimalikult madalatel temperatuuridel ja analüüsitakse saadud materjale detailselt. Kasutades materjalide omavahelist segamist ning põhiühendi dopeerimist või legeerimist valmistatakse arendatud omadustega, kolmest erinevast elemendist koosnevaid materjale. Nelja-aastase projekti jooksul saab doktorant juurdepääsu kaasajastatud infrastruktuuriga laboratooriumidele ja materjaliuuringuteks kohandatud aparatuurile. Doktorant hakkab kasutama aatomkihtsadestusmeetodit ülalmainitud materjalikihtide sünteesiks ja samaaegselt samuti kaasajastatud elektrilisteks mõõtmisteks kohandatud sondijaama nende kihtide analüüsiks. Lisaks saab doktorant võimaluse töötada analüütilise aparatuuriga, uurides õhukeste materjalikihtide elemendilist koostist, struktuuri ja optilisi karakteristikuid. Projektitöö eesmärgiks on nanoelektroonika ja -optika rakenduste jaoks kasulike omadustega materjalide karakteriseerimine ja selekteerimine. Ühtlasi on eesmärgiks kõrgelt kvalifitseeritud noore doktori ettevalmistamine edasiseks edukaks tööks teaduse ja tehnoloogia arendamise valdkonnas.

Vastutav juhendaja on prof Kaupo Kukli (kaupo.kukli@ut.ee) ja juhendaja on dr Lauri Aarik kiletehnoloogia laborist.

Materjaliteaduse eriala.

Antud doktoritöö raames uuritakse sekundaarse toorme kasutamist tehnoloogiliselt tähtsate materjalide valmistamiseks. Töös uuritakse valmistatud materjalide mehaanilisi omadusi ning nende valmistamiseks vajalikke tehnoloogilisi võtteid. Toormena kasutatakse näiteks ehitiste lammutamisest üle jäävaid silikaattelliseid ning plastist või puidujäätmetest saadud süsinikku.

Vastutav juhendaja on dr Taivo Jõgiaas (taivo.jogiaas@ut.ee) ja juhendaja prof Kaupo Kukli kiletehnoloogia laborist.

Materialiteaduse eriala.