Laura Hiisivuori

Helsingin yliopiston fysiikan laitoksen materiaalifysiikan osaston TAMIA-hiukkaskiihdytintä käytetään materiaalifysiikan sovelluksissa kuten pintojen karakterisointiin, säteilyvaurioiden tutkimukseen, materiaalin muuttamiseen säteilytyksellä ja näytteiden alkuaineanalyyseihin. Sitä käytetään paljon harvinaisten alkuaine-isotooppien runsaussuhteiden mittaamiseen. Nyt Kumpulassa päivitetty ionilähde mahdollistaa menetelmän, joka on hyödynnettävissä myös biotaloudessa silloin, kun halutaan vähentää fossiilisten materiaalien käyttöä. Kiihdyttimen käyttö erittäin herkkänä massaspektrometrina on soveltavassa fysiikassa kasvava osa-alue.

Kiihdyttimellä saavutettava hiukkasten suuri nopeus mahdollistaa häiritsevien molekyylien poistamisen hiukkassuihkusta törmäyksien avulla. Ei-halutut ionit erotetaan hiukkassuihkusta magneetti- ja sähkökentillä. Tavalliseen massaspektrometriin verrattuna kiihdytinmassaspektrometrillä voidaan mitata yli viisi kertaluokkaa pienempiä pitoisuuksia. Esimerkiksi hiili-14-isotoopin ilmaisukynnys on alle 1/1 000 000 000 000 000, joka vastaa yhtä milligrammaa hiili-14-isotooppia miljoonassa tonnissa tavallista hiiltä.

Kiihdytinjärjestelmän kehitystyö Kumpulan tiedekampuksella kahden viime vuoden aikana on parantanut kiihdytinmassaspektrometrin tarkkuuden parhaimmalle kansainväliselle tasolle. Mittausten tarkkuus on parempi kuin 0.2 prosenttia, mikä mahdollistaa hyvin pienten isotooppisuhteen vaihteluiden havainnoimisen esimerkiksi ilmakehä- ja ympäristönäytteissä, joissa isotooppisuhteen vaihtelut ovat usein 0.5 prosentin luokkaa.

Päästöt ja muu hiilestä lähtevä on mitattavissa

Ilmakehä- ja ympäristötutkimuksessa hiili-14 menetelmää käytetään määrittämään maaperästä tai turpeesta ilmakehään vapautuvan hiilen ikää sekä määrittämään fossiilisen ja uusiutuvat hiilen määrien ja siten päästöjen vaihtelua ilmakehän hiilidioksidissa. Myös arkeologisten näytteiden ajoitus tarkentuu noin viiteentoista vuoteen.

Kiihdyttimen ionilähteen päivitys mahdollistaa lisäksi kaasumaisten hiilidioksidi-näytteiden mittaamisen suoraan ilman merkittävää esikäsittelyä. Merkittävät parannukset palvelevat esimerkiksi Euroopan laajuista ICOS tutkimusinfrastruktuuria (Integrated Carbon Observation System), jossa havainnoidaan tarkasti kasvihuonekaasuja ja hiilen, typen ja veden kiertoa.

Helsingin yliopiston fysiikan laitos ja Luonnontieteellinen keskusmuseo Luomus ovat muodostaneet yhteisen RACAF (RAdioCarbon Analytics Finland) prosessiorganisaation hiili-14 isotoopin mittauksia varten. Organisaatio standardisoi ja akkreditoi biopolttoaineiden ja voimaloiden polttokaasujen bio-osuusmääritysten hiili-14 mittausprosessin tulosten luotettavuuden varmistamiseksi.

Koska fossiilinen polttoaine ei vanhuutensa takia enää sisällä radiohiiltä, radiohiilen havaitseminen kertoo bioperäisen nuoremman aineksen määrän. Menetelmää voidaan hyödyntää fossiilisten materiaalien käytön vähentämisessä kautta koko biotalouden.

Lisätiedot:

• FT Vesa Palonen, tutkija, fysiikan laitos, vesa.palonen@helsinki.fi, 041 530 4719
• FT, dosentti Markku Oinonen, yksikönjohtaja, Luonnontieteellinen keskusmuseo LUOMUS, markku.j.oinonen@helsinki.fi, 050 318 7302                           

TiedeuutisetTiedoteUutisetAjoitukset ja isotoopit