BIOFÜÜSIKA

Eksperimentaalne biofüüsika (prof. Arvi Freiberg)

Uurime fotosünteesivate bakterite pigment-valgu kompleksides kõrge hüdrostaatilise rõhu all toimuvaid struktuurseid muutusi kasutades mitmesuguseid spektroskoopilisi meetodeid. Valgulisele keskkonnale rakendatud kõrge rõhu mõjul võivad kindlates kohtades katkeda vesiniksidemed ning toimuda konformatsioonilised muutused nagu atsetüülrühma pööre. Muutused struktuuris avalduvad aminohapete ja bakterioklorofülli pigmentide spektraalribade nihkumise ja kuju muutumise kaudu. Uus aparatuur võimaldab meil mõõta rõhu all lisaks pigmentide infrapuna spektritele ka valkude ultraviolett spektreid. Rõhu toimel tekkinud spektraalseid muutusi analüüsides loodame näidata, et pigment-valgu komplekside valgushaarde ja elektronide ülekande energeetika, kineetika ja suunatus on suures osas määratud valgu kui erilise pigmente organiseeriva keskkonna omadustega. Lisaks varem uuritud objektidele teeme katseid Thermochromatium tepidum ja Thiorhodovibrio (Trv) 970 bakterite pigment-valgu kompleksidega, mille korral on oluline ka kaltsiumi ioonide kontsentratsiooni mõju struktuurile ja spektritele.

Teoreetiline ja arvutuslik biofüüsika (kaasprof. Juha Matti Linnanto)

Meie uurimistöö eesmärgiks on atomaarsel tasemel arusaamine biomolekulide, biomolekulide agregaatide, valkude ning valgukomplekside  ehitusest ja talitlusest.  Sellest lähtudes testime mitmesuguseid teoreetilisi mudeleid, mis põhinevad  laialdaselt kasutatavatel kaasaegsetel kvantkeemia ja jõuvälja arvutusmeetoditel. Need arvutusmeetodid ja teoreetilised mudelid võimaldavad uurida huvipakkuvaid süsteeme aatomtasemest biomolekuli tasemeni. Eriliselt huvi pakuvad:

• fotosünteesivate pigment-valgu komplekside spektroskoopilised omadused,
• valgusenergia haarde ja ergastusenergia ülekande protsessid fotosünteesivates pigment-valgu kompleksides ning nende superstruktuurides,
• biomolekulidest koosnevate pindade ehitus ja talitlus.

KESKKONNAFÜÜSIKA

Atmosfäärifüüsika laboris  uurime ilma ja kliimat (juhib kaasprof. Piia Post), meie peamised uurimisteemad on:

Inimtegevuse kliimamõju
Läänemere regiooni kliima
Õhukvaliteet
Radarmeteoroloogia
Päikesekiirgus
Atmosfääridünaamika.

Nanomeeterosakeste tekkimine ja aerosooliosakeste mõõtmespektri kujunemine nõrgalt ioniseeritud atmosfääri keskkonnas (juhib vanemteadur Urmas Hõrrak)

Teadusteema raames uuritakse atmosfääriaerosooli tekke ja evolutsiooni seaduspärasusi. Aerosool on kasvuhoonegaasidega võrdoluline kliimafaktor ja vastavad uuringud on kujunenud kaasaja teaduse prioriteediks. Oluline osa tööst käsitleb aerosooliosakeste tekkimist õhu saastegaasidest gaas-klaster-osake konversiooni protsessis, eriti aga nanomeeterosakeste tekkepuhanguid atmosfääris. Uurimuse põhieesmärk on teha kindlaks, millisel määral mõjutavad atmosfääri ionisatsiooni muutused klastrite ja aerosooliosakeste tekkimist ning mõõtmestruktuuri olenevalt konkreetsest meteoroloogilisest tingimustest ja õhukeemia foonist. Tulemused peavad andma uusi alusteadmisi atmosfääri saastamise tagajärgede modelleerimiseks ja prognoosimiseks. Teoreetilisel modelleerimisel otsitakse uusi lahendusi katmaks osakeste läbimõõtude vahemikku 1–3 nm, milles ei ole hästi rakendatav ei keemiline kineetika ega termodünaamika. Eksperimentaaluuringutes arendatakse aerosooliosakeste mõõtmespektri ja aeroioonide liikuvusspektri elektrilise mõõtmise meetodeid ja aparatuuri, pöörates erilist tähelepanu spektromeetrite kalibratsiooni meetodite täiustamisele. Aerosooliosakeste tekkeprotsesside eksperimentaal-vaatluslik ja teoreetiline uurimine toimub tihedas koostöös Prof. M. Kulmala poolt juhitava Helsingi Ülikooli aerosooliuurijate kollektiiviga. Teema täitjateks on 12 kõrge kvalifikatsiooniga teadustöötajat ja 6 doktoranti.

Eesti keskkonna radioaktiivsuse uuringud TÜ Füüsika Instituudi tuumaspektroskoopia laboris.

Radioaktiivsus keskkonnas ja sellest tekkiv kiirgusdoos on riikliku seirevajaduse kõrval ka teadusuurimise objektiks kõigis riikides, erandiks ei saa olla ka Eesti. Selleks ei kohusta ainult rahvusvahelised kokkulepped ja EURATOMi asutamislepingul põhinev seadusandlus, vaid ka vajadus anda inimestele sellealast asjatundlikku teavet, olla valmis seireandmeid teaduslikult tagama ja mõtestama, hinnata/prognoosida olukorda ja arenguid kiirgustegevuste, avariide korral jpm. TÜ FI-s algatati laboritöötajate initsiatiivil uuringud selles valdkonnas 1990-ndate aastate alguses.

Tegevused on keskendunud järgmistele küsimustele:

1. Keskkonna radioaktiivsuse uuringud Eestis, saamaks teavet
   (a) looduslike ja tehislike radionukliidide levikust pinnases, õhus ja vees;
   (b) radioökoloogilistest kiiritusradadest ja doosikujunemisest, neid mõjustavatest allikatest energiatootmises, radioaktiivsete jäätmete käitlemises.
2. Gammaspektromeetrilise analüüsi ja numbrilise modelleerimise meetodite evitamine ja arendamine, sh
   (a) madalaenergeetilise HPGe-g-spektromeetria, keskkonnaproovide kvantitatiivanalüüsi kvaliteeditagamise meetmete , rahvusvaheliste võrdlusharjutuste kaudu;
   (b) radionukliidide levi ja õhku, vett ja pinnast hõlmavate kiiritusradade radioökoloogilistes mudelites;
   (c) g-kiirguse resonants-otsehajumise ülipeenvastastikmõjude mudelites.
3. Ettevalmistused a- ja b-kiirgavate nukliidide analüüsimeetodite juurutamiseks keskkonnaproovides – 2009.a. algas Keskkonnainvesteeringute Keskuse poolt rahastatud projekti „Põhja- ja joogivee radionukliidide sisalduse määramise metoodika väljatöötamine” täidesaatmine, mille eesmärgiks oli töötada ja juurutada välja põhja- ja joogivee radionukliidide Ra-226 ja Po-210 sisalduse määramiseks vajalik vedelikstsintsillatsioontehnika.