(28.5.10 11:50)
Professori Kai Nordlund tutkii atomitasolla materiaalien ominaisuuksia. Ennen kaikkea Nordlundia kiinnostaa, mitä materiaaleissa tapahtuu, kun niihin kohdistuu säteilyä. Näin voidaan selvittää, miten aineen ominaisuudet muuttuvat.
...
Helsingin yliopiston fysiikan laitoksen materiaalifysiikan osastolla työskentelevä Kai Nordlund tutkii laskennallisesti materiaalien säteilytystä. Kiihdytinlaboratorion laitteilla voi yhden yksittäisen atomin liike-energian kiihdyttää noin tuhat miljoonaa kertaa suuremmaksi kuin mitä energia normaalitilassa on. Näin voidaan tutkia, miten materiaalit käyttäytyvät. ”Tutkimme, mitä tapahtuu, kun nopeasti liikkuvat atomit törmäävät materiaaliin. Samaa menetelmää käytetään varsinkin puolijohdeteollisuudessa”, kertoo Nordlund. Jotta materiaalien säteilykestävyyttä voidaan tutkia, tarvitaan ymmärrystä atomitasolla. Säteilyvaurioita ei synny lainkaan, jollei atomeja kiihdytä tietyn, noin 10 elektronivolttia olevan, rajaenergian yli. Rajan yläpuolella säteilyvaurioita syntyy sitä enemmän mitä korkeampi energia on.
”Säteilyvaurioita syntyy sekä nykyisissä ydinreaktoreissa että tulevaisuuden fuusiovoimaloissa. On tärkeää ymmärtää, mitä säteilyvauriot ovat ja miten ne muuttavat aineen ominaisuuksia.”
Säteilyvaurioiden tietokonesimuloinneissa Nordlund tutkimusryhmineen on selkeästi maailman huippuluokkaa. Ryhmä, johon kuuluu noin 20 tutkijaa, kehittää koko ajan uusia menetelmiä ja malleja, joita sekä ryhmä itse ja että toiset tutkijat hyödyntävät. Perustutkimuksessa säteilyvaurioiden tietokonesimulointien tutkijoita on Nordlundin arvion mukaan maailmassa noin tuhat, soveltavassa tutkimuksessa pari tuhatta tutkijaa lisää.
Nordlundin tutkimustyötä olisi mahdotonta tehdä ilman huipputehokkaita supertietokoneita.”Säteilyvaurioiden simulointialalla on maailmassa yksi tutkimusryhmä Livermoren kansallisessa laboratoriossa USA:ssa, jolla on käytössään meihin verrattava tietokonekapasiteetti. Vaikka ryhmällä on käytössään maailman suurin tietokone, niin tietokoneen resursseja on jakamassa useammat tutkimusryhmät kuin Suomessa. Varsinainen läpimurto esimerkiksi kraatteritutkimuksessa tapahtui sen ansiosta, että CSC:n laskentaresurssit ovat niin tehokkaat.”
Miksi materiaalien säteilyvaurioita sitten tutkitaan? Selkeästi kaupallisesti merkittävin sovellutusalue on tietokonesiru. Kun tietokonesiruja tehdään, niiden sähköisiä ominaisuuksia muutetaan epäpuhtausatomeilla.
”Kaikkien nykyaikaisten tietokonesirujen toiminta perustuu epäpuhtausatomeihin, jotka säteilytetään sirun sisälle. Kiihdyttimellä ammutaan aineen sisään epäpuhtausatomeja, jotka antavat sirujen osille halutunlaiset sähköiset ominaisuudet. Seostettu siru johtaa sähköä paremmin kuin esimerkiksi puhdas pii”, selittää Nordlund.
Myös optoelektronisia eli valoa emittoivia materiaaleja voidaan valmistaa ja niiden toimintaa nopeuttaa säteilyttämällä. Optoelektroniikkaa käytetään muun muassa telekommunikaatiossa, jossa nopeus on oleellista. Säteilyvaurioilla voi nopeuttaa tietynlaisten pulssitettujen lasereiden pulssitaajuutta hyvin paljon, karkeasti tekijällä 10–100.
Lue artikkeli »