Radioaktiiviselle metaanille uusi mittauskeino

Väitöskirjatutkija Juho Karhun artikkeli ilmestyi helmikuussa 2019 Optics Letters-julkaisussa, joka on fotoniikan alan arvostetuimpia kansainvälisiä julkaisuja. Artikkeli käsittelee radioaktiivisen metaanin uudenlaista mittaustapaa.

– Uusi mittaustapa on optinen menetelmä, joka perustuu spektroskopiaan. Aiemmin radioaktiivista metaania on mitattu kiihdytinmassaspektrometreillä, jotka ovat kalliita ja suuria laitteita. Optinen mittaaminen voisi olla sitä edullisempi ja ketterämpi tapa, Karhu kertoo.

Karhun luoma mittaustapa perustuu aineiden absorptioon eli siihen, miten aine pidättää valoa eri aallonpituuksilla. Mittaamalla, miten paljon näyte absorboi, voi päätellä, kuinka paljon siinä on kutakin ainetta.

Karhu selvitti tutkimuksessaan, minkä aallonpituuden valolähdettä pitää käyttää, jotta voi mitata radioaktiivista metaania. Tämä on ensimmäinen askel tiellä kohti toimivaa mittalaitetta.

Optisia menetelmiä on aiemmin käytetty radioaktiivisen hiilidioksidin mittaamiseen. Toistaiseksi optisilla mittausmenetelmillä ei ole saavutettu samaa tarkkuutta kuin kiihdytinmassaspektrometreillä. Karhu on ensimmäinen, joka soveltaa optista tekniikkaa radioaktiivisen metaanin mittaamiseen.

Sovelluksia energiateollisuudessa

Karhun mukaan optiselle radioaktiivisen metaanin mittaustavalle voisi löytyä sovelluksia esimerkiksi energiantuotannosta.

– Menetelmän avulla voisi selvittää esimerkiksi polttoaineiden koostumusta. Viranomaiset voisivat analysoida, miten suuri osa polttoaineesta on biokaasua ja miten suuri osa maakaasua, Karhu selittää.

Myös ydinvoimaloissa olisi menetelmälle käyttöä. Sen avulla voisi valvoa radioaktiivisen metaanin pitoisuuksia paikan päällä. Näytteitä ei tarvitsisi enää lähettää laboratorioon.

Radioaktiivista metaania on luonnostaan kaikkialla ympärillämme. Sitä on ilmakehässä ja kaikissa elävissä eliöissä. Pitoisuudet ovat kuitenkin hyvin pieniä. Kaikesta luonnonmetaanista radioaktiivista metaania on hyvin pieni osa.

Pieninä pitoisuuksina radioaktiivinen metaani on ihmisille ja ympäristölle vaaratonta.

Karhu sai aiheen väitöstutkimukseensa Teknologian tutkimuskeskus VTT:ltä, jossa radioaktiivisten molekyylien optista mittaamista kehitetään vanhemman tutkijan Guillaume Genoudin johdolla.

Fysikaalisen kemian alaan kuuluvan väitöskirjan ohjasi apulaisprofessori Markku Vainio.

Referenssi:

Broadband photoacoustic spectroscopy of CH414 with a high-power mid-infrared optical frequency comb, Juho Karhu, Teemu Tomberg, Francisco Senna Vieira, Guillaume Genoud, Vesa Hänninen, Markku Vainio, Markus Metsälä, Tuomas Hieta, Steven Bell, and Lauri Halonen. Optics Letters, Vol. 44, Issue 5, pp. 1142-1145 (2019), https://doi.org/10.1364/OL.44.001142

Li­sä­tie­to­ja:

Tohtorikoulutettava Juho Karhu, kemian osasto, molekyylitieteen tutkimusohjelma,  juho.karhu@helsinki.fi

Apulaisprofessori Markku Vainio, kemian osasto, molekyylitieteen tutkimusohjelma,  markku.vainio@helsinki.fi, 050 4486525