KIIRGUS ISE: Mis kompleks on MAX-Lab? Küsimustele vastab akadeemik Ergo Nõmmiste.
MAX-lab on Rootsi Rahvuslik Sünkrotronkiirguse keskus, mis asub Lundi ülikooli juures Lõuna-Rootsis. Praegu töötab MAX-labis kaks kogujaringi – MAX-II ja MAX-III. Uus, võimsam keskus kerkib praegusest umbes 1,5 kilomeetrit põhja poole, kus hakkavad tööle kaks uut kogujaringi: elektronide energiaga 1,5 GeV (analoogne MAX-II-ga) ja 3 GeV. Kasutades unikaalset magnetite monoliittehnoloogiat, on ringist väljunud kiirgus kontsentreerunud üliväikesesse ruuminurka, mis võimaldab saada ülimalt suure ereduse ja koherentsusega kiirgust nanofookusesse.
Mis kiirgus on sünkrotronkiirgus, mis võimalusi see erineva valdkonna teadlastele pakub?
Nagu teada, kiirgab iga kiirendusega liikuv vaba laeng elektromagnetlaineid. Samuti kiirgab relativistlik elektron, mille kiirus on lähedane valguse kiirusele, kui teda kallutada magnetväljas. Selline elektron kiirgab väga laias spektripiirkonnas alates infrapunasest kuni kalgi röntgenini. Et uurida ainete erinevaid omadusi, tuleb neid kuidagi mõjutada ja jälgida, kuidas aine sellisele mõjutusele reageerib. Kui soovime ainest saada informatsiooni atomaarsel/molekulaarsel tasandil, tuleb aine koostises olevate molekulide elektronkatteid ergastada nähtavast valgusest lühemalainelise elektromagnetkiirgusega, mille allikaks ongi sünkrotron.
Miks on hea, et Eestil on rajatavas MAX-Lab IV-s just oma kiirekanal, mis võimalusi see Eesti teadusele avab?
Eesti kiirekanali mõju on raske ülehinnata. Lisaks noorte spetsialistide koolitamisele võimaldab Eesti kiirekanali väljaehitamine tõsta Eesti (teaduse) atraktiivsust ja tuntust kogu maailmas, kuna MAX-labi kasutajate hulgas on tippteadlasi üle kogu maailma. Samuti suurendab see tuntavalt Eesti teadlaste poolt avaldatavate kõrgetasemeliste publikatsioonide ja tööstuspatentide arvu. Kvalifikatsioon, mille sünkrotronidel töötavad teadlased omandavad, on väga lai ja interdistsiplinaarne alates vaakumtehnikast, elektroonikast ja arvutustehnikast ning lõpetades konkreetsel kiirekanalil kasutusel oleva spetsiifilise uurimismetoodikaga. Sellise teadmistepagasiga on võimalik leida rakendust nii rahvusvahelises teaduses kui ka kõrgtehnoloogilises ettevõtluses.
(Ergo Nõmmiste on Tartu Ülikooli Füüsika Instituudi elektronspektroskoopia professor ja Eesti Teaduste Akadeemia liige. Viimasel ajal kutsub akadeemik Nõmmiste ennast naljaga pooleks „kinnisvaraarendajaks“, sest ta vastutab Eestis uue füüsikainstituudi hoone Physicumi ehituse eest Tartusse, mis saab absoluutselt tipptasemel sisseseade ning tehnilise varustatuse ja samuti on tema kureerida Eesti esindajana meie huvide maksvuselepääsevus Rootsis, kus Lundi ülikooli kureerimisel ehitatakse uut sünkrotronkiirguse kompleksi MAX-Lab IV, samuti sinna lähedusse ESS – Euroopa Neutronkiirguse Allika kompleksi.)
Natuke taristujuttu
Selleks, et autoga mööda teed sõita, vajame infrastruktuuri või selleks, et rattaga või rullikutega mõni suveõhtune ringsõit teha, kergliiklusteid. Akadeemilise KesKus’i toimetaja Margus Maidla tõmbab paralleeli teadusmaailma.
Tänapäeval ei anta haridust, ei teenindata, ei toodeta, ei liigelda ega veedeta vaba aega ilma selleks spetsiaalselt loodud või kohandatud taristuta.
Sama tendentsi võime jälgida ka teaduse, aga ka ettevõtluse ja tootmise arengutes. Kui jätta välja mõned algelised läätsed, joonlaualaadsed mõõtmisvahendid ning kaalud (Vana-Kreeka antiikteadlased olid ka usinad insenerid), siis laias plaanis oli kuni 17. sajandi teise pooleni teadlase põhiliseks uurimisinstrumendiks matemaatika. Vähe eksperimenteeriti, rohkem arvutati.
Asjad muutuvad keerulisemaks
Mida rohkem hakati uurima spetsiifilisemaid füüsikanähtusi nagu näiteks elektromagnetlaineid ja -välju, mille tulemusena on meie tänapäevases kasutuses lugematu hulk tsiviilühiskonna rakendusi, peamisena mainime ära stepslist tuleva elektri, siis sellised mehed nagu Michael Faraday ja James Clerk Maxwell vajasid oma töö läbiviimiseks juba spetsiifilisemat eksperimentaatorlikumat infrastruktuuri, mille nad suuresti ka ise kõik valmis ka ehitasid. Viimasel mõnel sajandil on jälgitav eriti füüsikas selline tendents, et mida väiksemaks läheb uuritav objekt (elektronid, prootonid, neutronid, leptonid, mesonid, fermionid, bosonid jne), seda suuremat ja keerulisemat taristut tema uurimiseks on vaja. Tänapäeval, kus elu alusolemuse mõistmisel on võrreldes sajanditagusega tehtud hiiglaslik areng, on hiigelhüppe läbi teinud ka nende uurimisobjektide infrastruktuuri suurus ja keerulisus. Nimetagem vaid kahte – Euroopa Tuumauuringute Keskuses (CERN) asuv suur hadronite põrgataja (LHC) ja Lõuna-Tšiilis asuv väga suur teleskoop (VLT).
Sama võime täheldada ka ettevõtluses – tootmises ja teeninduses. Mida rohkem on kasutusele võetud teaduse poolt avastatud seaduspärasusi ja meie ühiskondliku progressi osaks on saanud erinevad liiklusvahendid, seda keerulisemaks on läinud nii nad ise kui ka nende käitlemiseks vajalikud taristuobjektid, samuti nende tootmiseks tarvilik infrastruktuur, aga ka nende innovatsiooniks vajalik insener-tehniline infrastruktuur.
Energiat ammutame peale organismi käigushoidmise ka valguse jaoks ja erineva koduelektroonika käigushoidmiseks, samuti suhtlemiseks kaugel asuvate sõprade ja partneritega erinevate vahendite kaudu. Kuid kõiki neid tooteid ja teenuseid pakuvad meile kaasajal ettevõtjad, mitte enam teadlased. Töösturid ja teenindajad on pidanud teadusega samamoodi sammu pidama, et olla konkurentsivõimelised ja pakkuda inimestele kõike seda, mida nende uudishimulik ja arenev loomus arenguks vajab. Ettevõtlus oma taristutega käib keerulisuse mõttes teadlastest mõned sammud tagapool ning on ka mõneti teise iseloomuga, kuid võib siiski üheselt väita, et tänapäevase konkurentsivõimelise majanduse ja ettevõtluse tulevik on järjest keerulisem tööstustaristu ja nutikamad ettevõtjad uurivad teraselt uusimaid teadussaavutusi ja loevad Directori asemel (või siis kõrvale) Horisonti ja Imelist Teadust ning nende ingliskeelseid analooge.

Eesti osalus ja juurdepääs
Kui nimetada ainult ühte igapäevaseks tarbeks kasutatavat toodet-teenust, millel on väga otsene seos ka keerulise arendus-infrastruktuuriga, siis tooksin välja puutetundlikud ekraanid ja LCD tehnoloogia, mida kasutatakse laialdaselt meie nutitelefonides, arvutites, televiisorites jne. Selle tehnoloogia väljatöötamine sai teoks tänu sünkrotronkiirgusele, mis aitab mõista aine süvastruktuuri ja sellega ka rakendatavuse eesmärgil manipuleerida. Sünkrotronkiirguse avastasid Vene füüsikud Dmitri Ivanenko ja Isaak Jakovlevitš Pomerantšuk 1944. aastal. Lundis loodav Max-Lab IV uus sünkrotronkiirendi ja Eesti oma kiirekanal võimaldab kõigile eestipoolsetele initsiatiividele vahetu ja kiire juurdepääsu ajakohasele infrastruktuurile. See on väga suur asi, seda enam, et Lund asub meil praktiliselt läänepoolses tagahoovis.
MAX-IV kiirgusallikate unikaalseks omaduseks on väga väikesesse ruuminurka fokuseeritud footonite kimp, mis võimaldab seda efektiivselt kasutada suurt kiirgustihedust ja väikest kimbu suurust nõudvates eksperimentides, näiteks nanomeetriliste mõõtmetega struktuuride ja materjalide spektroskoopilistes uuringutes. Kokku planeeritakse MAX-IV kompleksi välja ehitada üle kahekümne kiirekanali, millest üks kuulub Eestile ja teisi omavad erinevad teadusinstitutsioonid ning erinevad kõrgtehnoloogilised suurkorporatsioonid. Uuringuid rakendatakse väga erinevates teadusharudes nagu füüsika, keemia, materjaliteadus, bioloogia, keskkonnateadus jt. Teine sinnakanti loodav sama oluline infrastruktuur on Euroopa Neutronkiirguse Allikas (European Spallation Source), mis annab erilised võimalused ja efekti näiteks biomolekulide uurimisel, millel baseeruvad kõik kaasaegsed ravimipreparaadid. Ka selle kompleksi kasutusvaldkondade spekter on tegelikult väga lai – see aitab mõista nii anorgaaniliste, orgaaniliste kui ka biomaterjalide struktuuri, dünaamikat ja funktsioone. Seega, Eesti osalemine nendes projektides oli ja on äärmiselt hea taristuotsus: kui meil peaks tekkima nutikaid ettevõtjaid, kes soovivad suures mängus ja globaalses ettevõtluses kaasa lüüa, siis Eestil on kõigele sellele oma osalus ja vahetu juurdepääs koos toetavate ja nõustavate Eesti teadlastega. Eesti teadlased teevad Lundi ülikooli teadlastega juba üle 20 aasta koostööd, seega kõik teed ja võimalused on avatud.

Pildid:
Nii näeb 2012. ja hakkab 2015. aastal välja nägema Lõuna-Rootsis Lundis asuv MAX-Lab IV sünkrotronkiirendi kompleks. Koos sinnakanti rajatava Euroopa Neutronkiirguse Allikaga kujunevad need tõenäoliselt lähima kümnendi absoluutseteks Euroopa teaduse ja tehnoloogia inkubaatoriteks ning arenduskeskusteks, kus hakkavad iga päev tööd tegema sajad teadlased ja nutikama ajuga ettevõtjad. Kuna Eesti oma väiksuse tõttu ei saa kunagi selliseid taristuid, on ülimalt tervitatav, et taolised kompleksid sünnivad meie lähedusse, mitte kuhugi kaugele Euroopa või maailma nurka.