Nuoren fyysikon katse on sadantuhannen vuoden päässä
Fyysikko Joni Tanttu, 31, nostaa hippusellisen tutkimuskohdettaan näytille isosta muovisäkistä. Hienojakoinen jauhe on bentoniittia, josta leivotaan päällimmäinen suojakuori ydinjätekapselien ympärille, kun ne lähivuosina upotetaan suomalaiseen kallioon satojen metrien syvyyksiin.
Bentoniitti imaisee helposti vettä itseensä ja turpoaa moninkertaiseksi. Ja siinäpä onkin syy, miksi ainetta on tuotu säkkikaupalla Jyväskylän yliopiston fysiikan laitokselle materiaalifyysikoiden tutkailtavaksi.
Tantun tutkimusvälineenä on röntgentomografia. Sen avulla hän selvittää, miten bentoniitti tarkalleen ottaen kastuu ja miten vesipitoisuus muuttuu erilaisissa oloissa. Tuloksista haetaan lisää tietoa merkittävään kysymykseen: miten bentoniittimassa suojaa ydinjätekapselia kalliossa ja estää radioaktiivista ainetta leviämästä ympäristöön?
Luonnosta löytyvä bentoniitti on vulkaanista savea, jota voidaan tarpeen mukaan muokata myös teollisesti. Bentoniitin laatu vaihtelee paljon valmistustavasta riippuen.
Säteilyturvallisuutta tutkivien on osattava keskittyä olennaisiin asioihin, tutkija korostaa.
”Mitattavia näytteitä ja kohteita on valtavasti. Kun tutkitaan sadantuhannen vuoden päähän liittyvää turvallisuutta, on osattava löytää ne asiat, joita kannattaa tutkia, Tanttu sanoo.
Vahvuutena koko prosessin kuvaaminen
Kun bentoniitti kastuu, se myös tunkeutuu kallion halkeamiin ja rakoihin. Väitöstutkimuksessaan Tanttu selvittää tätäkin, sillä hän tutkii röntgensätein myös kallioperän rakennetta.
Maaperän geologiset muodostumat kuten halkeamat ja rakoverkot vaikuttavat veden liikkumiseen kallioperässä sekä siihen, miten vesi pääsee kosketuksiin ydinjätteen kanssa.
Röntgentomografialaitteissa röntgensäteet piirtävät kohteistaan kolmiulotteisia rakennekuvia, jotka näyttävät, miten aineet liikkuvat materiaalissa tai miten materiaali muuttuu, kun lämpötila tai kosteus muuttuu.
Laboratoriossa tutkimusalustalle voi asettaa yhtälailla mikrokokoisen paperikuidun tai magnesiumkomposiittinäytteen kuin 30-senttisen kivenlohkareen tai kokonaisen metallien sulatusuunin.
Mitä pienempi näyte on, sen tarkempaa kuvaa kohteesta saadaan.
Tanttu sanoo, että Jyväskylän yliopistossa materiaalifysiikan tutkimusten vahvuutena on prosessien kokonaisvaltainen selvittäminen.
”Kun tutkitaan esimerkiksi bentoniittisavea, vahvuutemme on koko kastumisprosessin ymmärtämisessä ja kuvaamisessa. Voimme näyttää, miten kastuminen tarkalleen tapahtuu”, Tanttu kuvailee.
Tanttu kuuluu tutkimusryhmään, jonka erikoisalaa ovat haastavat, monimutkaiset heterogeeniset materiaalit. Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksella ryhmää johtaa yliopistotutkija Arttu Miettinen.
Tutkija nauttii yritysyhteistyöstä
Perustutkimuksen ohella monimutkaisten materiaalien tutkimusryhmä tekee tutkimuksia yhdessä yritysten kanssa.
Moni yritys kaipaa tutkimustietoa kehittääkseen tuotettaan. Joni Tanttu listaa tutkimuskohteita, joihin röntgentomografialla päästään käsiksi:
”Voimme tutkia vaikka biohajoavan muovin optimaalista koostumusta, betonin huokoisuutta, miten vety haurastuttaa metallia tai kierrätysmetallin rakenteessa tapahtuvia muutoksia, kun metalliseosta sulatetaan uunissa. Röntgensätein saadaan selville myös vettä ja puuta sisältävät haastavat rakenteet”, Tanttu sanoo.
Tutkimuksen ja yritysten yhteistyössä tutkittavaa asiaa usein pääsee puntaroimaan monelta kantilta. Yrityksellä voi olla materiaali, jota he haluavat tutkia, mutta tarkka tutkimustarve kiteytyy vasta yhteisten keskustelujen myötä, sanoo Tanttu.
Rakennetiedolla ja rakenteen muuttamisella voi olla merkittäviä vaikutuksia yrityksen liiketoimintaan.
Kokonaisvaltainen ote tutkimustöissä sopii kaikkinensa hyvin Joni Tantulle.
”Minusta tuntuu mukavalta olla tutkijana mukana kaikessa eli tutkimuksessa, opetuksessa ja yhteiskunnallisessa vaikuttamisessa."
Moniulotteisessa työssä syntyy jatkuvasti sivuajatuksia – propellihattuideoita - joita voisi tutkia, Tanttu kuvaa.
”Väitöstutkimuksen myötä olen miettinyt esimerkiksi sellaista, että miten ydinjätteen lämpö voitaisiin ottaa hyödyksi. Siten se ei olisi pelkästään jätettä. Toivon myös, että keksitään vielä tapa uusiokäyttää ydinjäte niin, että jätettä ei tulisi lainkaan”, sanoo hän.
Juuri aiheen yhteiskunnallinen merkittävyys veti Joni Tantun tutkimaan ydinjätettä.
”Tärkeää on myös pitää koko ajan yllä bentoniittiin liittyvää tutkimusta, että aine ja turvallisuusasiat eivät unohdu”, hän sanoo.
Kansainvälinen kokous vahvisti halua jakaa asiantuntijatietoa
Joni Tanttu on kotoisin Heinolasta. Fysiikasta hän innostui sen kokeellisen luonteen takia.
”Jokainen mittaus tai koe on luonnon kuuntelemista, jonka avulla pyrimme rakentamaan parempaa ymmärrystä siitä.”
Hän aloitti fysiikan opinnot Jyväskylän yliopistossa vuonna 2012 ja väitöskirjan teon vuonna 2020. Sen pitäisi valmistua tänä vuonna.
Alussa oleva tutkijan ura on vienyt hänet viimeksi Singaporeen tammikuussa.
Hän onnistui kuvailemaan tutkimushankkeensa niin hyvin, että Tekniikan Akatemian säätiö valitsi hänet osaksi kymmenen nuoren suomalaistutkijan joukkoa, joka pääsi merkittävään kansainväliseen kokoontumiseen, Singaporeen.
Paikan päällä oli arvokkaita, kansainvälisesti palkittuja tutkijoita, nobelistejakin, kertomassa tutkimuksistaan ja antamassa neuvoja.
Matkasta jäi käteen paitsi iso nippu uusia kontakteja, myös onnistumisen kokemuksia.
”Sain esimerkiksi kehuja visuaalisesti hienosta ja ilmavasta posterista. Annoin tutkimusnäytteistä otettujen kuvien kerrankin puhua tekstin sijaan, ja se kannatti.”
Konferenssimatka vahvisti myös ajatusta, jotta omasta tutkimuksesta on tärkeää kertoa suurelle yleisölle ymmärrettävästi.
”Olemme vastuussa veronmaksajille”, Tanttu sanoo.
Tanttu näkee ympärillään paljon kysyntää asiantuntijatiedolle.
“Katsotaanpa vaikka sähkönhintojen vaihtelua, se on tuore esimerkki siitä, missä tarvitaan valtavasti asiantuntijatietoa.”
