Väitös 15.6.2018: Tarkempaa aikaa etsimässä (Pohjalainen)
Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen kiihdytinlaboratoriossa on kehitetty menetelmää reaktiivisten raskaiden alkuaineiden erottelemiseksi. Näistä ns. aktinideista erityisen mielenkiintoinen on 229Th, jonka avulla voidaan mitata aikaa jopa tarkemmin kuin atomikellolla. Tutkimuksessa todettiin, että menetelmässä käytettyjen helium- ja argonkaasujen puhdistaminen paransi menetelmän tehokkuutta.
Ajan mittaaminen on ajan mittaan käynyt yhä tarkemmaksi. Kellojen tarkentuessa myös mittayksikön määritelmää on jouduttu moneen kertaan uusimaan. Nykyisin sekunti perustuu kesiumatomista saatavan mikroaaltosäteilyn taajuuteen, joka asettaa rajan määritelmän tarkkuudelle. Parempi tarkkuus voidaan saavuttaa sitomalla sekunti johonkin suurempaan taajuuteen. Eräs ehdotus on käyttää 229Th -isotoopin ytimessä olevan viritystilan purkautumisessa syntyvän säteilyn taajuutta. Näin saataisiin erittäin tarkka ydinkello. Tätä mahdollisuutta selvitetään kansainvälisenä yhteistyönä Euroopan unionin rahoittamassa nuClock tutkimusprojektissa.
Puhdasta kaasua
229Th isotoopin tutkimiseksi se täytyy tuottaa ja eristää. Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksella jo 1980-luvulla kehitetty ioniohjainmenetelmä sopii tähän tarkoitukseen. Ilkka Pohjalainen keskittyi fysiikan alan väitöskirjatutkimuksessaan ioniohjaimissa käytettävien heliumin ja argonin puhdistukseen, ja niissä tapahtuvaan ionikemiaan. Merkittävä osa työtä oli kaasujen puhdistustekniikan parantaminen, siten että miljardia käytetyn kaasun atomia kohti on vähemmän kuin yksi epäpuhtausatomi. Kaasujen puhtaus on oleellisen tärkeää, koska aktinoidit reagoivat äärimmäisen herkästi kaikkien muiden aineiden kuin juuri heliumin ja argonin kanssa.
Ytimien ominaisuuksien tutkimista
229Th eristäminen ei suinkaan ollut työn ainoa tavoite. Aktinoidien ja transaktinoidien ytimien ominaisuuksien tutkiminen optisella spektroskopialla on useiden muidenkin ydinfysiikan tutkimuslaboratorioiden tavoitteena.
- Tavoitteena oli tehokas ionisuihkujen tuotto, jossa aktinoidit kuten thorium tai plutonium ovat yksittäin, eivät molekyylimuodossa. Silloin niiden ytimien ominaisuuksia voidaan tutkia laserspektroskopialla. Tällainen mittaus kertoo esimerkiksi, minkä muotoinen ydin on: pallo vai lätty, kertoo Pohjalainen.
Myös ionisuihkujen tuottamiseen käytettiin lasereita. Tutkittavat aktinoidit höyrystettiin kuumennettavasta hehkulangasta ioniohjaimen sisällä, ja ionisoitiin laserresonanssi-ionisaatiolla.
- Havaitsin tutkimuksessa kaasuatomien sekä ionisoitavien plutonium- ja toriumatomien välisten törmäyksien vaikuttavan olennaisesti laserionisaatioprosessiin ja sen tehokkuuteen, kertoo Pohjalainen.
Torium isotoopilla mitataan aikaa tarkasti
Yksi mielenkiintoisimmista aktinoidi-isotoopeista on toriumin isotooppi 229Th, jossa tiedetään olevan erittäin matalaenerginen ydinisomeeri eli atomin ytimen pitkäikäinen viritystila. Tälle vasta havaitulle isomeerille on esitetty useita kiehtovia sovelluksia kuten perinteisten atomikellojen kaltainen, mutta niitä kertaluokkaa tarkempi, ydinkello ja isomeerisen tilan käyttämistä tiettyjen luonnonvakioiden aikariippuvuuden havaitsemiseen.
- Tutkin myös tämän torium isotoopin ja sen isomeerin tuottamista kiihdytin suihkun avulla ja 233U alfarekyylilähteillä ioniohjainmenetelmää käyttäen, sekä näiden lähteiden ominaisuuksia, jotka vaikuttavat 229Th-rekyylilähteen tehokkuuteen, sanoo Pohjalainen.
FM Ilkka Pohjalaisen fysiikan väitöskirjan ”Gas-phase chemistry, recoil source characterization and in-gas-cell resonance laser ionization of actinides at IGISOL” tarkastustilaisuus on 15.6.2018 klo 12:00 Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen FYS1 salissa. Vastaväittäjänä professori Dave Morrissey (National Superconducting Cyclotron Laboratory, Michigan State University, United States) ja kustoksena professori Iain Moore (Jyväskylän yliopisto). Väitöstilaisuus on englanninkielinen.
Ilkka Pohjalainen valmistui ylioppilaaksi Imatran kaupungin Vuoksenniskan yhteiskoulun lukiosta vuonna 2004. Hän aloitti fysiikan opinnot Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella syksyllä 2005 ja valmistui luonnontieteiden kandidaatiksi 2009. Tämän jälkeen hän siirtyi Jyväskylän yliopistoon ja valmistui filosofian maisteriksi vuonna 2010. Pohjalainen on tämän jälkeen työskennellyt tohtoriopiskelijana fysiikan laitoksella kiihdytinlaboratoriossa vuodesta 2011.
Tietoa julkaisijasta
Jyväskylän keskustassa sijaitsevan yliopiston kauniilla puistokampuksella sykkii monitieteinen ja moderni tiedeyliopisto – ihmisläheinen ja dynaaminen yhteisö, jonka 2500 asiantuntijaa ja 15000 opiskelijaa etsivät ja löytävät vastauksia huomisen kysymyksiin. Jyväskylän yliopisto on ollut tulevaisuuden palveluksessa jo vuodesta 1863, jolloin suomenkielinen opettajankoulutus sai alkunsa täältä. Voimanlähteenämme on moniarvoinen vuoropuhelu tutkimuksen, koulutuksen ja yhteiskunnan välillä. Vaalimme tutkimuksen ja koulutuksen tasapainoa sekä ajattelun avoimuutta – sytytämme taidon, tiedon ja intohimon elää viisaasti ihmiskunnan parhaaksi.
