Ihme ja kumma: Taidemuseo Louvren kellarissa on hiukkaskiihdytin.

Hiukkaskiihdyttimistä tulee yleensä mieleen hiukkasfysiikka ja luonnon pienimpien mysteerien tutkiminen. Todellisuudessa hiukkaskiihdyttimillä tehdään paljon muutakin: niillä voi valmistaa esimerkiksi lääketieteessä tarvittavia radioaktiivisia aineita, niitä voi käyttää ikään kuin mikroskooppeina sekä aineanalysaattoreina. Tutkittavat kohteet voivat olla niin korvaamattomia taide-esineitä kuin biopolttoainettakin.

Otsikkokuvassa tutkitaan vanhaa taulua Firenzessä, Italissa olevalla LABEC-kiihdyttimellä

LABEC tulee sanoista Laboratorio di Tecniche Nucleari per i Beni Culturali, eli jotakuinkin "Ydintekninen laboratorio kulttuuriperintöä varten", ja tämä kertoo mitä laitos tekee: käyttää ydintekniikkaa vanhan taiteen sekä muun sellaisen tutkimiseen.

Järeimmillään tämä tarkoittaa sitä, että esimerkiksi taulua pommitetaan hiukkaskiihdyttimellä synnytetyllä hiukkassuihkulla, ja kun hiukkaset reagoivat taulussa olevan aineen kanssa, syntyy uusia hiukkasia, ja näitä analysoimalla voidaan saada selville monenlaisia asioita käytetyistä materiaaleista aina eri kerroksiin näkyvän pinnan alla. 

Kopiot ja väärennökset paljastuvat yleensä helposti materiaalitutkimuksen keinoin.

Taulujen lisäksi samaa menetelmää voidaan käyttää patsaisiin, veistoksiin ja vaikkapa rakennusten osiin. Esimerkiksi arkeologisia löytöjä tutkittaessa voidaan myös määrittää varsin tarkasti niiden ikä.

Toinen kuuluisa taidekäytössä oleva hiukkaskiihdytin on hieman yllättävässä paikassa: Pariisissa Louvre-museon kellarissa. Museon kävijät eivät varmastikaan tule ajatelleeksi sitä, että legendaarinen taidemuseo on myös ydinlaboratorio.

AGLAE
AGLAE käytössä
Louvren hiukkaskiihdytin tunnetaan nimelllä AGLAE, eli  Accélérateur Grand Louvre d'analyse élémentaire, "Suuri Louvren alkeishiukkasanalyysikiihdytin".

Vaikka keskisen Euroopan maissa on runsaasti kulttuuriperintöä, riittää laitteilta tutkimusaikaa myös tieteelle. Niillä voidaan tutkia mm. biologisia ja fysikaalisia näytteitä, analysoida melkein mitä tahansa ja myös esimerkiksi tuottaa avaruussäteilyä vastaavaa säteilyä, jonka avulla voidaan testata elektronisten laitteiden säteilynsietokykyä.

Pariisin AGLAE on teholtaan 2 MeV ja Firenzen LABEC 3 MeV, eli kiihdyttiminä ne eivät ole huiman voimakkaita, mutta käyttötarkoitukseensa täysin sopivia.

Samankaltaista työtä tehdään myös Suomessa

Helsingin yliopiston Luonnontieteellisellä keskusmuseolla Luomuksella ja matemaattis-luonnontieteellisen tiedekunnan fysiikan laitoksella on näiden yhteisesti pyörittämä Ajoituslaboratorio, joka tekee tutkimusta muun muassa Fysiikan laitoksen TAMIA hiukkaskiihdyttimellä, jota käytetään massaspektrometrinä samaan tapaan kuin taidetutkimuksessa.

Olennaisin käyttömuoto on radiohiilimääritys: radiohiilen (14C) määrän tarkka selvitys auttaa selvittämään näytteen ikää ja alkuperää.

Hyvän erimerkin tämän menetelmän monikäyttöisyydestä tarjoaa tapaus, missä Ajoituslaboratorioon saapui ulkomaiselta asiakkaalta polttoainenäyte, jonka bio-osuudeksi mitattiin matala 2,7 % arvo.

Asiakkaan kanssa keskusteltaessa kävi ilmi, että näytteen toimittanut yritys oli väittänyt polttoaineen sisältävän biopolttoainetta 80 %.

Polttoaineen bio-osuus voisaan sekin määrittää radiohiilen avulla, koska se kulkeutuuu ravintoketjun kautta ilmakehästä eliöihin.

Kaikkeen biomassaan – eli kaikkeen elolliseen – kertyy ilmakehän radiohiiltä fotosynteesin ja ravintoketjun kautta. Eliön kuoltua radiohiiltä ei enää kerry, vaan sen määrä alkaa laskea siten, että fossiilisesta materiaalista radiohiiltä enää löydetä. Biopolttoaine on valmistettu eloperäisestä aineesta, jolloin siitä löytyy aina myös radiohiiltä.

Bio-osuus selviää, kun määritetään missä osuudessa näytettä radiohiiltä on jäljellä. Voidaan esimerkiksi määrittää, kuinka paljon fossiiliseen dieseliin on sekoitettu bioperäistä uusiutuvaa dieseliä tai voidaan varmistaa, onko bioetanoli-bensiinisekoituksen etanoli todellisuudessa bioperäistä.

Bio-osuuksien määritysmenetelmää voidaan hyödyntää myös esimerkiksi voimalaitosten savukaasujen analysointiin. Piipusta ulos puskevasta savusta otetusta hiilidioksidinäytteestä voidaan mitata, kuinka paljon biopolttoainetta voimalaitos on polttanut tietyllä aikavälillä tai selvittää biomuovien bio-osuuksia. Käytännössä menetelmällä voidaan mitata mitä tahansa materiaalia, joka sisältää hiiltä.

Järein Suomessa oleva hiukkaskiihdytin on Jyväskylän yliopiston kiihdytinlaboratorion K-130, jonka teho on nimen mukaisesti 130 MeV. Jyväskylässä on myös Louvren ja Firenzen kiihdyttimien tyyppinen, materiaalifysiikan tutkimuksessa käytettävä laitteisto, jonka teho on 1,7 MeV.

Samankaltaisia kiihdyttimiä on monissa paikoissa ympäri maailman – ne eivät ole harvinaisuuksia, vaikka taiteelle pyhitetyt laitokset ovatkin.

Kuvat: LABEC, Wikipedia, CNRS / A. Cheziere ja Helsingin yliopisto / Marika Turtiainen