BIOFÜÜSIKA

Eksperimentaalne biofüüsika

Uuritakse kollektiivsete kvantergastuste iseärasusi nanoskoopilistes biomolekulaarkompleksides, ribosoomi toimemehhanisme ning molekulidevahelistest interaktsioonidest mõjustatud molekulaarkomplekside spektrite barokromismi. Vähemalt osa mõõtmisi (sh kõrgetel rõhkudel) on plaanis teha ainumolekulide peal. Ainumolekulidel saadud tulemused iseloomustavad konkreetset molekuli ja on vabad molekulide lausmõõtmisega kaasnevast parameetrite keskmistamisest. Teema metoodiliseks eripäraks on samuti ülikiire ajalise lahutusega spektroskoopia, kõrglahutusspektroskoopia, kõrgete rõhkude spektroskoopia ning molekulaardünaamiliste ja kvantkeemiliste arvutuslike meetodite koosrakendamine biofüüsikalistes uuringutes. Planeeritud töid täidetakse tihedas koostöös lisaks Prof. J. Remme töörühmale veel mitme objekte valmistava või teoreetilist tuge pakkuva välismaise uurimisgrupiga (CEA Saclay, Jyväskylä Ülikool, Lundi Ülikool, Madridi Sõltumatu Ülikool, Pariisi XI Ülikool, Sheffieldi Ülikool jt).
     Juhib akad prof Arvi Freiberg, Biofüüsika labor

Teoreetiline ja arvutuslik biofüüsika

Meie uurimistöö eesmärgiks on atomaarsel tasemel arusaamine biomolekulide, biomolekulide agregaatide, valkude ning valgukomplekside  ehitusest ja talitlusest. Vastavalt sellele eesmärgile testime  mitmesuguseid teoreetilisi mudeleid kasutades kaasaegseid üldtuntud kvantkeemia ja jõuvälja arvutusmeetodeid. Kasutatavad arvutusmeetodid ja teoreetilised mudelid võimaldavad uurida huvipakkuvaid süsteeme aatomtasemest biomolekuli tasemeni.
Eriliselt huvipakkuvad on fotosünteesivate pigment-valgu komplekside spektroskoopilised omadused; valguse kogumise ja ergastusenergia ülekande protsessid fotosünteesivates pigment-valgu kompleksides  ja nende superstruktuurides; biomolekulidest koosnevate pindade ehitus ja talitlus.
      Juhib vanemteadur Juha Matti Linnanto, Biofüüsika labor  

KESKKONNAFÜÜSIKA

Numbrilise ilmaennustuse arendamine õhukeskkonna prognooside suunas (juhib prof. Rein Rõõm)

Uurimistöö eesmärk on uue  atmosfääridünaamika   numbrilise mudeli  loomine,  mis võtab arvesse aerosooli aktiivset  rolli  ilma-  ja  ilmastikuprotsesside kujunemisel  ning  selle mudeli rakendamine  Eesti ja Põhja-Euroopa  ilmaennustuses ning globaalsete kliimamuutuste  modelleerimisel. 

Arendustöö sisuks on globaalse aerosoolivälja lülitamine kõrglahutuslikku atmosfääri-dünaamikasse nii,  et  ühelt poolt  oleks arvesse võetud aerosooli tagasimõju lühilainelise kiirguse bilansile, pilvetekkele ning sademete dünaamikale,   teiselt poolt aga saaks modelleeritud aerosooli  elutsükkel atmosfääris  sõltuvalt  meteoroloogilistest väljadest ja parameetritest nagu tuule-, veeauru- ja  temperatuurijaotused,   piirkihi turbulents,  aluspinna seisund. Projekti oluliseks prioriteediks on  loodava mudeli rakendamine operatiiv-ilmaennustuses  Eesti Meteoroloogia ja Hüdroloogia Instituudis.

Teema täitjateks on 8  kõrge kvalifikatsiooniga teadustöötajat, kaasatud on 7 kraadiõppurit. Nende kasutuses on kaasaegsed  arvutustehnilised  vahendid, sh.  kobar-  ja superarvutid.

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.