Browsing by discipline "Fysiikka"
Now showing items 41-60 of 138
-
(2020)Earlier, vast majority of the experiment were performed with PIXE exclusively, with protons as an impinging particle. Due to the concurrence of various phenomena in nuclear and atomic physics like the significant development of the theory of the inner-shell ionization in ion-atom collision, higher sensitivity due to heavy-ions, larger scattering cross-section and larger stopping cross-section HIXE turns out to be a useful technique. While cross-section of heavy-ion beam at energy few MeV and above have been measured and reported, experimental data for high-energy heavy ions against heavy targets are lack. In this study, X-ray production cross-section induced by iodine ions with energies from 15MeV to 45MeV, produced by 5MV tandem accelerator, have been measured for multiple compounds of thin targets of Ti, Cu, Zn, Ru, Nb, Ta, W and Au in a direct way. Simultaneous measurement of the X-ray data and ERDA data were taken with the help of the x-ray detector and ERDA detector placed at an angle of 1200 and 300 respectively. Measured cross-section was compared against the ECPSSR and ECPSSR-UA cross-section calculated by the program ISICS11. Experimental cross-section was found above both of the ECPSSR and ECPSSR-UA data. Thickness of the target from ERDA data were used for the direct calculation of the X-ray production cross-section for 15MeV iodine energy beam. Additionally, measured cross-section along with the ECPSSR data was compared against the average reduced velocity parameter.
-
(2016)Ferroelectric materials show many promising features for applications in tomorrow's electronics. The ability to use polarization to store information in a dense space and good endurance make them one of the top contestants for the next generation memory applications, such as Ferroelectric or Resistive Random-Access Memory elements (FeRAM / ReRAM). The ReRAM elements are also a promising type for the missing circuit element, memristor, which links together the magnetic induction flux and the electric charge. Some materials also exhibit simultaneous ferroelectric polarization and magnetization. These are called multiferroics and could be a key towards magnetoelectric memories and a realization of four-state logic in a single device. A solid state ceramic, BiFeO 3 , has been under recent interest for such a multiferroic material since it exhibits large polarization simultaneously with magnetization. The challenges of BiFeO 3 include its high conductivity for an insulator and poor phase stability. Other materials with similar unit cell structure have been mixed with the material to successfully improve the properties. In this work, the ferroelectric properties of a ceramic solid state compound 0.80[BiFe 0.95 Mn 0.05 O 3 ]–0.20[BaTiO 3 ], or BFBT(Mn), were investigated under various electrical measurements. The results show that the material is ferroelectric. They also show that the conduction mechanism inside the material varies with the applied electric field, hinting to Space Charge Limited Conduction mechanism and Resistive Switching. The phenomenon is expected to be linked to migration of oxygen vacancies inside the sample and formation of conductive filaments.
-
(2014)Extremely water-repellent, i.e. superhydrophobic, surfaces display self-cleaning, anti-icing and anti-fogging characteristics, and can be used to reduce viscous drag in liquid flow. Despite the auspicious prospects of superhydrophobicity, methods for measuring wettability and energy dissipation in droplets moving on these surfaces have been insufficient. In this thesis I present the theoretical basis of non-wetting phenomena and review contemporary wetting characterization methods. I also discuss a measuring technique we developed for superhydrophobic surfaces based on magnetically induced oscillations of water-like ferrofluid droplets, which was recently published in Nature Communications. This method can simultaneously measure forces caused by two independent dissipative processes at a precision of ca. 10 nN. One is related to the contact angle hysteresis at the three-phase contact line and the other to viscous dissipation near the droplet-solid contact area. The ability to provide quantitative information about droplet dynamics, inhomogeneities and defects on extremely non-wetting surfaces can make this a useful research and quality control technique for academic and commercial use.
-
(2015)Coronal Mass Ejections (CMEs) often travel in the interplanetary space faster than the ambient solar wind. When their relative velocities exceed the local magnetosonic speed, a shock wave forms. The region between the shock front and the leading edge is known as a sheath region. Sheaths are compressed regions characterized by turbulent magnetic field and plasma properties and they can cause significant space weather disturbances. Within the sheath region, it is possible to find fine structures such as planar magnetic structures (PMSs). The magnetic field vectors in a PMS are characterized by abrupt changes in direction and magnitude, but they all remain for a time interval of several hours nearly parallel to a single plane that includes the interplanetary magnetic field (IMF) spiral direction. PMSs have been associated to several regions and phenomena in the heliosphere, but many of them occur in CME sheath regions. This suggests that CMEs play a central role in the formation of PMSs, probably by provoking the amplification and the alignment of pre-existing discontinuities by compression of the solar wind at the CME-driven shock or because of the draping of the magnetic field lines around the CME ejecta. The presence of PMSs in sheath regions, moreover, suggests that PMSs themselves can be related to space weather effects at Earth, therefore a comprehensive study of PMS formation and structure might lead to a better knowledge of the geoeffectiveness of CMEs. This work presents the study of PMSs in the sheath region of CMEs with a magnetic cloud (MC) structure for a sample of events observed in situ by the ACE and WIND spacecraft between 1997 and 2013. The presence of fine structures is evaluated through the minimum variance analysis (MVA) method, needed for determining the normal vector to the PMS-plane. Then, the position of each PMS within its corresponding sheath region is determined and the encountered cases are divided into different groups. Eventually, a number of shock, sheath and MC properties is evaluated for each group, aiming to perform a statistical analysis. The conclusions are that PMSs are observed in 80% of the studied sheath events and their average duration is ∼5 hours. PMSs tend to form in certain locations within the sheath: they are generally observed close to the CME-driven shock, close to the MC leading edge or they span the whole sheath. PMSs observed near the shock can be associated to strong shocks, while PMSs located near the MC leading edge can be related to high density regions and, therefore, to compression.
-
(2019)Dissimilar metal welds(DMW) in nuclear power plants have been identified to be prone to failure by cracking. Generally cracks grow straight, unless a weaker microstructure is adjacent. In DMWs cracks have propagated to the fusion line. Fracture toughness of weldments has been reported to sink in the same location. It has been shown that hardness can be used to predict strength of a homogeneous material. In this thesis, such model was applied to DMWs. On the other hand, fracture toughness and crack propagation was studied for both ductile and brittle specimens. Two DMWs were studied, MU1 and NI1. They shared the same SS base metal and Alloy 52 weld metal. Furthermore the LAS base metals were very similar: 18MND5 and SA508 for MU1 and NI1, respectively. NI1 specimens were studied in three different ageing conditions. Some of the data was reutilized from previous projects. Vickers hardness was measured over the LAS fusion line. To be able to utilize hardness measurements without knowledge of their distribution, the data was bootstrapped. The means of the bootstrapped medians provided estimates of the average hardness and its deviation. Three tensile specimens were tested from four different locations. Tensile results were compared to strength predictions from hardness. The VTT model developed for homogeneous materials predicted strength from hardness inadequately in its original form. However, once the parameters were varied, predictions agreed with measurements. Ductile specimens were made from both MU1 and NI1. Temperatures for testing were 300°C and 20°C for MU1 and NI1 respectively. Their fracture toughness was determined with JIc, which is defined in ASTM E1820. Crack path was studied with either cross-cutting or profilometry. In the case of profilometry, the specimens were profiled from three different locations and the mean of results was used. Brittle specimens were all from NI1. ASTM E1921 determines cleavage fracture toughness Jc. Test temperatures were between −80°C and −130°C. Crack path was studied with profilometry. Profiling location was at cleavage nucleation point. The point was determined with scanning electron microscope. The accuracy of profilometry itself was confirmed by comparing the results to specimen cross-cuts. Linear correlation between fracture toughnesses and crack jumps towards fusion line was established successfully for most datasets. Ageing of the specimens reduced the fracture toughness of brittle specimens, but not of ductile ones. Instead, ductile fracture toughness increased with test temperature.
-
(2019)For millennia, phenomena of the magnetosphere have intrigued mankind. Studies of the geomagnetic field were first initiated to locate precious minerals, later on continued for purposes of navigation and in the modern times for scientific interest and protection of modern society. Strong changes in the interplanetary magnetic field and pulses of charged particles originating from the Sun pose serious risks to many cornerstones of our lifestyle, such as the power grid, telecommunication and space safety. Understanding the interaction between the interplanetary magnetic field, solar wind and the geomagnetic field is crucial in building protection systems for these critical technologies. Magnetometers are practically the only instrument to monitor changed in the magnetic environment and thus a key instrument in broadening this understanding. In this thesis I describe two projects: development of a digitization algorithm for old, analog magnetometer data and the design and building process of two small magnetometers: one for ground based measurements and one for space applications. The aim of the digitization project was to digitize a magnetic timeseries produced in 1970s and 1980s. The quality of the dataset is very high, but since the data is saved on photographic film as graphs, proper time series analysis is difficult. During the project, I used a custom-made film scanner and developed a MATLAB program to read out the measured values from the scanned films. The aim of the magnetometer building project was to show that it is possible to build science grade magnetometers from commercial-off-the-shelf (COTS) components, enabling magnetometric campaigns where state of the art instruments would be prohibitively expensive. One magnetometer was built based on the Honeywell HMC5883L sensor, controlled by a Raspberry Pi miniature computer. This magnetometer was placed at the Metsähovi Radio Observatory. Another magnetometer, the CubeMAG, was based on the Honeywell HMC2003 sensor and controlled by an STM32F100 microcontroller. This magnetometer will be one of the science payloads of the ESTCube-2 satellite. The magnetometer placed in Metsähovi showed promising results, recording one strong geomagnetic storm which was also recorded with observatory quality instruments at the Nurmijärvi geophysical observatory. The resolution of the HMC5883L was too low to record most interesting features of the storm, but was high enough to show that the Metsähovi observatory is a suitable place for a more sensitive magnetometer. As of writing this thesis, ESTCube-2 is in development and preparing for launch and scientific results from the CubeMAG are not available. Initial laboratory tests show promising results, with the significantly higher resolution of the HMC2003 compared to the HMC5883L being able to record very small changes in the surrounding magnetic field.
-
(2017)Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella päätettiin uudistaa Fysiikan aineopintojen laboratoriotyöt 1 ja 2 (AOL 1 ja AOL 2) -kurssit kokonaisvaltaisesti, koska näiden kurssien suoritusaika saattoi opiskelijoilla pitkittyä monella vuodella ja kurssit koettiin kokonaisuudessaan liian raskaiksi. Uudistusta olivat tekemässä fysiikan oppiaineen vastuuprofessori Hanna Vehkamäki, yliopistonlehtori Szabolcs Galambosi, fysiikan opetuksen kehittämiseen erikoistuneet FT Inkeri Kontro ja FL Ilkka Hendolin sekä allekirjoittanut. Projekti aloitettiin keväällä 2015 ja uudistetut kurssit toteutettiin ensimmäisen kerran keväällä 2016 lehtori Galambosin luennoimina. Tässä opinnäytetyössä käsittelen AOL 1 ja AOL 2 -kurssien uudistusta, joka pohjautuu fysiikan laboratoriotyökursseja koskeviin tuoreimpiin tutkimuksiin. Esittelen näiden tutkimusten ja kurssien uudistusryhmän pohdintojen perusteella määritetyt teoreettiset oppimistavoitteet uusille kursseille ja käyn läpi uusien kurssien sisällön. Kursseista tehtiin aiempaa modulaarisemmat ja tämä tekee kurssien sisältöjen muokkaamisesta helpompaa tulevaisuudessa. Molemmat kurssit koostuvat kolmesta yksittäistä laboratoriotyöstä sekä laboratoriotöitä tukevista laskuharjoituksista ja kurssit ovat kumpikin laajuudeltaan 5 op. Molemmat kurssit koettiin kurssipalautteen perusteella kiinnostaviksi sekä haastaviksi. Ensimmäisille uudistettujen kurssien suorittajille teetettiin keväällä 2016 E-CLASS-kysely, joka mittaa opiskelijoiden näkemyksiä fysiikan laboratoriotyökurssien ja oikean kokeellisen tutkimuksen yhteydestä. Opiskelijat (n=30) täyttivät kyselyn AOL 1 -kurssin alussa ja AOL 2 -kurssin lopussa. Kyselyn tulokset viittaavat siihen, etteivät opiskelijoiden näkemykset edellä mainitusta yhteydestä muuttuneet kurssin aikana. Kyselyn avulla voidaan kuitenkin mahdollisesti arvioida yksittäisten kurssitavoitteiden täyttymistä. Uudistuksen myötä syntyi lisää kehitysehdotuksia tuleville laboratoriotyökursseille, joita käsittelen tutkielman lopussa.
-
(Helsingin yliopistoHelsingfors universitetUniversity of Helsinki, 2011)Tavanomaisten hammasröntgenlaitteiden säteilyannoksia valvotaan postitettavien testipakettien ja paikan päällä tehtävien tarkastusten avulla. Säteilyannoksen valvontaan käytetään termoluminesenssidosimetrejä (Thermoluminescence Dosimetry, TLD). Dosimetreissä on TL-materiaalista valmistettuja loistekiteitä, joihin absorboitunut säteilyenergia vapautuu valona materiaalia lämmitettäessä. Prosessissa vapautuvan valon intensiteetti on suoraan verrannollinen absorboituneeseen säteilyannokseen. TLD:llä mitataan rekisteröityjen intraoraalilaitteiden tuottamaa säteilyannosta potilaan posken kohdalla. Säteilyturvakeskus (STUK) ylläpitää rekisteriä ilmoitusvelvollisuuden alaisista hammasröntgenlaitteista. Nyt hammaslaiterekisteriä ollaan uudistamassa siten, että TLD-mittaustulosten käsittely ja annoslaskenta siirtyvät rekisteristä WinTLD-laskentaohjelmaan, jossa on kaikki tarvittavat parametrit annoksen laskemiseksi. Tässä työssä TLD-mittausjärjestelmän kalibrointituloksia analysoitiin vuosilta 1996-2011 ja määritettiin uudelleen laskennassa käytetty energiakorjauskerroin, joka on osa tulevaa WinTLD-konfigurointia. Mittauksissa tarvittavat standardisäteilylaadut (ISO H-laadut) pystytettiin osana työtä. Henkilödosimetrien suorituskykytestauksessa käytetään ISO N-säteilylaatuja. Mirion Technologies (RADOS) käyttää TLD-systeemiä henkilödosimetriassa, ja hammas-TLD on tämän järjestelmän sovellus potilasdosimetriaan. ISO H-laadut otettiin käyttöön, jotta dosimetrien vastetta voitiin ISO N-laatujen tapaan tutkia jatkuvana fotonienergian funktiona Cs-137 ja Co-60 gammasäteilylaatuihin asti ja koska niillä voitiin jäljitellä todellista kliinistä suodatusta. Energiakorjauskerroin kalibroinnissa käytettävän Co-gammasäteilyn ja intraoraalikuvauksissa käytettävän röntgensäteilyn välillä määritettiin uudelleen. Sen arvoksi (yksikkö mGy/mGy) saatiin ISO N-60-laadulla 0,671 ja ISO H-60-laadulla 0,677, jotka ovat numeerisesti hyvin lähellä aikaisemmin määritettyä kerrointa 0,679. Energiakorjauskertoimen epävarmuudeksi saatiin 3,5 % (2std) ja annosmittauksen epävarmuudeksi 7,8 %. Energiavasteiden perusteella dosimetreissä käytetty materiaali on kahdesta vaihtoehdosta MTS-N (LiF:Mg,Ti) eikä MCP-N (LiF:Mg,Cu,P). TLD-järjestelmää voidaan kehittää ja konfiguroida uusien tulosten perusteella, jolloin otetaan käyttöön muun muassa uudelleenmääritetty energiakorjauskerroin. ISO H-säteilylaadut otettiin 22.3.2011 virallisesti käyttöön STUKissa ja niitä käytetään dosimetritestauksessa tarvittaessa suuria annosnopeuksia ja annoksia.
-
(2012)Ilmakehän aerosolien, ts. kaasumolekyylien ja pienhiukkasten, kemiallinen koostumus vaikuttaa merkittävästi siihen millaisia vaikutuksia niillä on mm. ilmastoon, näkyvyyteen ja ihmisten terveyteen. Aerosolihiukkasten kemiallisen koostumuksen määritys on perinteisesti ollut haasteellista niiden pienen massan ja vaikean kerättävyyden sekä säilytettävyyden vuoksi. Tässä työssä käsitellään aerosolin kemiallisen koostumuksen määritystä suoraan ja lähes reaaliaikaisesti aerosolimassaspektrometria (AMS) käyttäen. Työssä esitellään lyhyesti massaspektrometrian perusteoria, mutta pääpaino on mittaustekniikassa ja mittaustulosten käsittelyssä. Tutkielman loppuosassa esitellään myös aerosolimassaspektrometrilla saatuja mittaustuloksia Helsingin yliopiston Hyytiälän metsäntutkimusasemalta. Aerosolimassaspektrometrin todetaan olevan tarpeellinen ja käyttökelpoinen mittalaite, joka täyttää tärkeän tehtävän aerosoli-instrumenttien joukossa – erityisesti, koska se kykenee määrällisesti mittaamaan lähes kaiken tyyppisiä aerosoleja. Kemiallisten lajien jakauman mittaamisen lisäksi AMS:n avulla voidaan myös saada tarkempaa tietoa aerosolin molekylaarisesta koostumuksesta, hapetusasteesta sekä kokojakaumasta. Työssä osoitetaan lisäksi, että yhdistämällä AMS:lla kerättyä tietoja muista ilmakehämittauksista saatuun tietoon voidaan arvioida mitatun aerosolin alkuperää ja sen muodostumiseen vaikuttaneita kemiallisia prosesseja.
-
(2018)Tässä työssä tutkitaan, kuinka hyvin ilmastomalli ennustaa pienhiukkasten lukumääräpitoisuuksia ja etsitään syitä pitoisuuksien väärinarvioinnille. Työ on toteutettu vertailemalla aerosoli-ilmastomalli ECHAM-HAM:lla mallinnettuja hiukkaspitoisuuksia 31 eri paikassa ympäri maailmaa mitattuihin hiukkaspitoisuuksiin. Mallista on hyödynnetty kolmea eri versiota, jotka poikkeavat toisistaan siinä, miten aerosolihiukkasten kokojakaumaa ja antropogeenisiä päästöjä kuvataan. Lukumääräpitoisuuksien eroja on tarkasteltu eri kokoluokissa ja eri vuodenaikoina. Työssä on keskitytty erityisesti hiukkasiin, joiden halkaisijat ovat yli 50 tai 100 nm, sillä nämä ovat ilmaston kannalta erityisen mielenkiintoisia kokoja. Lisäksi työssä on tutkittu hiukkasten kemiallisen koostumuksen ja antropogeenisten päästöjen vaikutusta päästöjen ennustamiseen. Hyytiälän mittausasemalle on tehty työssä myös tarkempi analyysi, jossa yhtä malliajoista vertaillaan hiukkasten mitattuun kemialliseen koostumukseen ja hiukkasten halkaisijoitten kasvunopeuksiin. Työssä havaittiin, että mallin kyky arvioida hiukkaspitoisuuksia riippuu paljon käytetystä malliajosta. Käytettäessä hiukkasten kokojakauman kuvaamiseen sektionaalista SALSA-modulia pitoisuuksia yliarvioidaan usein, mutta pitoisuudet olivat keskimäärin lähempänä mittauksia kuin muilla malliajoilla. Modaalisella M7-modulilla hiukkaspitoisuuksia aliarvioitiin lähes kaikille paikoille selvästi. Aliarviointi oli pahinta syrjäisille pohjoisille paikoille. Sekä tästä että kemiallisen koostumuksen vertailusta voidaan päätellä, että antropogeeniset päästöt dominoivat mallissa hiukkaspitoisuuksia liikaa syrjäisillä mittauspaikoilla eikä biogeenisistä lähteistä tulevia uusia hiukkasia muodostu ja kasva yhtä paljon kuin todellisuudessa. Talvisaikaan pitoisuuksien aliarviointia selittää myös se, että mallin antropogeeniset päästöt ovat vakioita ympäri vuoden eikä esimerkiksi lämmityspäästöjen nousua talvella huomioida. Vertailtaessa kaikkien paikkojen lukumääräbiaksia antropogeenisiin päästöihin nähtiin, että pitoisuuksia aliarvioidaan enemmän silloin, kun antropogeeniset päästöt ovat matalia ja yliarvioidaan enemmän silloin, kun antropogeeniset päästöt ovat korkeita. Tämä vahvistaa havaintoa siitä, että antropogeeniset päästöt dominoivat hiukkaspitoisuuksia liikaa. Toinen mielenkiintoinen asia, joka tässä tarkastelussa havaittiin, on se, että kun antropogeenisten haihtuvien orgaanisten yhdisteiden päästöt ovat korkeita suhteessa mustan hiilen päästöihin, hiukkaspitoisuuksia aliarvioidaan enemmän kuin jos näiden päästöjen suhde on matala. Näiden yhdisteiden huomiotta jättäminen hiukkasmuodostuksessa saattaa siis olla yksi pitoisuuksien aliarviontia selittävä tekijä. Tulevaisuudessa analyysiä olisi hyvä jatkaa muun muassa tekemällä tarkempi analyysi Hyytiälän lisäksi myös muille mittauspaikoille. Samalla tarkemmassa analyysissä kannattaisi hyödyntää kaikkia malliajoja. Jotta analyysi voidaan tehdä tarkemmalla tasolla, malli- ja mittausdataa pitäisi olla saatavilla samoilta vuosilta. Vertailun hyödyn maksimoimiseksi käytettyjen mittauspaikkojen pitäisi edustaa ympäristöään hyvin ja hiukkasten kokojakaumaa kannattaisi mitata mahdollisimman laajalla kokovälillä vähintään vuoden ajan. Malleja puolestaan pitäisi ajaa mukautetulla meteorologialla vuosille, joilta mittausdataa on saatavilla.
-
(2020)Blood glucose monitoring (BGM) is an essential part of diabetes management. Currently available BGM technologies are invasive by nature, and require either sampling blood or an invasive needlelike sensor to be inserted under the skin. Extraction of interstitial fluid using magnetohydrodynamics is proposed as a technology to enable truly non-invasive glucose monitoring. Presently, only direct current (DC) has been investigated to be employed for magnetohydrodynamic extraction of interstitial fluid. In this study we studied in a skin model whether the extraction rate of magnetohydrodynamic extraction can be increased by using a unipolar square wave, with same time-averaged current as DC extraction used as a control. The results indicate a 2.3-fold increase in the average extraction rate, when unipolar square wave of double intensity is applied, as compared to DC. The results serve towards reducing the measurement time in non-invasive glucose monitoring systems utilizing magnetohydrodynamic extraction.
-
(2016)Propeller inspection is mandatory for the safe operation of aircraft. Non-contact damage evaluation on rotating structures requires dedicated measurement techniques. We report on a non-contacting stroboscopic technique that allows inspection of rotating aluminum propellers. To excite Lamb waves we used a Q-switched Nd:YAG laser in synchrony with data acquisition by a Laser Doppler Vibrometer. We detected, sized, and imaged a surface breaking notch on a sample rotating at 415 rpm. The technique showed potential for automatic non-contacting damage detection on rotating structures such as helicopter blades and turbines. The samples, manufactured at the Department of Physics of the University of Helsinki were aluminum blades 130 mm x 76.10 mm x 4 mm in size. One of them was used as a baseline while the other one had a surface breaking rectangular defect that was 5 mm x 10 mm x 2.4 mm in size, situated 35.10 mm from the center of the propeller. The propeller was rotated by a 12 V DC motor connected to a pulse width modulation circuit based on a 555 timer integrated circuit. To detect the movement of the rotating blade, a custom made optical gate was built by using common electronics such as blue LED, a LM311 comparator and a blue enhanced photodiode. All electronics were built in the Electronics Research Laboratory of the Department of Physics. Using C++ programming language we designed an algorithm for scanning the moving target. The code was implemented into an Arduino Mega 2560 microcontroller that was connected to a computer. The user operated the computer which controlled the microcontroller via a Labview program. Two types of scans of the samples were performed. In one type the TX scanned the blade from edge to center while the LDV pickup spot was stationary at the center. From this experiment we were able to determine the distance from the notch to the center of the blade and the length of the defect from time-of-flight measurements. The second type of scan was done by situating the LDV pickup point close to the center of the blade and the excitation point at the far side of it, close to the edge. This time we did not scan with the lasers but we divided the arc path that they follow into even steps. From this experiment we were able to determine the width of the notch as well as its depth based on time-of-flight analysis. The results agree with the expected values. Finally, by doing data selection of the delayed Lamb waves with Matlab R2015 and Blender 2.77a, we were able to do image reconstruction of the notch in a 3D model of the aluminum propeller.
-
(2013)An algorithm for invariant mass reconstruction in a search for light charged Higgs bosons (H±) produced in top quark decays and decaying to a tau lepton and neutrino, H^± -> τ^± ν_τ, is presented. Here, 'light' means lighter than the top quark. The algorithm uses the top quark mass as a kinematical constraint to allow the calculation of the longitudinal momentum of the neutrinos. The invariant mass of the tau-and-neutrino system is then calculated using the missing transverse energy, the calculated longitudinal momentum of the neutrinos, and the measured momentum of the visible decay products of the tau lepton. Methods for resolving ambiguities and recovering unphysical results arising in the invariant mass reconstruction are presented. The invariant mass distribution could be used to extract a possible signal, replacing or complementing the transverse mass distribution that has been used so far in the analysis. In a preliminary data analysis using proton-proton collision data at sqrt(s) = 7 TeV corresponding to an integrated luminostity of 5.1 fb^(-1) recorded by the CMS experiment, it is shown that using invariant mass distribution obtained with the presented algorithm allows to set a more stringent upper limit on the signal branching fraction B(t -> H^± b) × B(H^± -> τ^± ν_τ) than does using the transverse mass distribution. An expected upper limit at the 95 % confidence level between around 0.37 % to 2.5 % (transverse mass) and 0.13 % to 1.9 % (invariant mass) is found, depending on the H^± mass. These results suggest that using the invariant mass reconstructed with the new algorithm may improve the signal sensitivity of the search.
-
(2019)Due to increasing energy demand and environmental concerns, developing cleaner and more efficient methods of energy production is becoming more and more important. One such method proposed is a fusion reactor. The plasma facing materials of the reactor must be able to withstand the harsh conditions inside. One such material proposed to be used in constructing the plasma facing components in the reactor is tungsten. In this work I examine the the durability of tungsten under fusion-grade conditions using molecular dynamics simulations. First the impact of neutron irradiation of simulated by simulating 150 keV tungsten irradiation of a 65nm thick tungsten thin film. This was done at 800K and 1900K. After simulating the irradiation event, damage was determined by calculating Wigner-Seitz defects. Larger defect clusters where then analyzed to determine their type. For interstitial type defect clusters loops with the Burger's vector <100> and 1⁄2<111> formed with 1⁄2<111> loops being 4 times as common. For vacancy-type clusters craters, spherical voids and <100> loops formed, however no 1⁄2<111> loops formed even though they are seen in experiments. Temperature didn't seem to have an effect on the amount of defects formed, however the defects that formed were larger at 1900K than at 800K. Secondly the co-bombardment of a tungsten surface with deuterium and a noble gas impurity was simulated. This process was done by randomly selecting either a deuterium ion or a noble gas ion, placing it above the surface and giving it a kinetic energy towards the surface. Several different cases were studied where the following variables were varied: noble gas species (neon or argon), impact energy (10,30,50,80,100 eV), noble gas concentration (5,10,20%) and temperature (500, 800 K). Damage was the determined by looking at the deuterium retention and reflection of the surface, the sputtered tungsten and change of surface morphology. Argon caused more damage than neon. Increasing irradiation energy increased the damage done to the surface, with tungsten sputtering being possible at 80 eV and above. Increased gas concentration also increased the damage. Temperature differences were only significant for deuterium reflection at low energies.
-
(2018)The development of future energy production concepts, such as Gen-IV fission reactors, has increased the demand on novel materials, suitable for the new concept's operational environments. High temperatures, strong magnetic fields, corrosive components and prolonged irradiation are some of the realities these novel materials will experience. In addition to this, the materials need to be chosen based on their sustainability and economic efficiency. One promising group of novel materials consists of alloys built up of at least five elements at near-equimolar concentrations resulting in a high configurational entropy. Due to this characteristic they are called high entropy alloys (HEA) and exhibit many promising properties when it comes to their utilization in energy production. A subgroup of the HEA-family consists of alloys built up of elements at equiatomic concentrations, so called equiatomic multicomponent alloys (EAMC-alloys). These EAMC-alloys can be built up of less than five elements, and they also exhibit very promising properties with energy production in mind. Research in the HEA-family with its subgroups has become an increasingly important field in the last couple decades. HEAs have been realised to be potential candidates as components for future nuclear reactors that involve extreme radiation exposure. The irradiation response in HEAs has been studied both experimentally and computationally, with results showing good radiation tolerance. A presentation of HEAs is given in this work, with an emphasis on their use as a part of future nuclear energy concepts. Radiation damage in HEAs is the main topic of conversation. Three molecular dynamics studies regarding irradiation response in HEAs are presented. In the first study, four different Ni-based single-phase EAMC-alloys and pure Ni are studied under prolonged irradiation. The second study investigates the dislocation loop mobility in pure Ni and two Ni-based EAMC-alloys. In the third study, several nanocrystalline Ni-based alloys and elemental Ni are investigated in three different potentials under prolonged irradiation for their structural stability. The general results of these studies are that more complex alloys have a better response to irradiation, and that a lesser dislocation mobility is one factor responsible for this.
-
(Helsingin yliopistoHelsingfors universitetUniversity of Helsinki, 2007)Mahdollisimman tarkka tieto varatun hiukkasen energianmenetyksestä sen kulkiessa näytteessä on usein hyvin olennaista varteenotettavien tutkimustulosten aikaansaamiseksi monilla eri fysiikan suuntautumisaloilla. Aihe onkin hyvin laajalti tutkittu. Kehityksen kuitenkin edetessä yhä pienempiin mittasuhteisiin ja tarkempiin arvoihin on tärkeää, että myös ionien energianmenetyksestä väliaineessa saadaan yhä tarkempaa tietoa. Takaisinsirontaspektrometriassa tarkastellaan näytteestä sironneita ammusioneja. Takaisinsironnan avulla voidaan tunnistaa näytteen sisältämät alkuaineet, selvittää syvyysjakauma ja näytteen alkuaineiden suhteelliset runsaudet. Menetelmään liittyvät ilmiöt ovat varsin monimutkaisia ja niiden teoreettinen mallintaminen siten haasteellista. Kun tavoitteena on simuloida mahdollisimman tarkasti tilannetta, jossa kiihdytetty ioni etenee näytteessä ei analyyttinen ratkaisumalli välttämättä ole paras vaihtoehto. Tilannetta kuvaamaan onkin kehitetty useita eri laskennallisia menetelmiä. Tässä työssä tarkasteltiin sitä kuinka paljon kaksikertasironnan huomioon ottaminen vaikuttaa tuloksiin takaisinsirontaa simuloitaessa. Useimmat takaisinsironnan mallinnusohjelmat ottavat huomioon ainoastaan yksikertasironnan. Tämä on varsin ymmärrettävää, sillä jo toisen sirontatapahtuman huomioon ottaminen ja mallintaminen analyyttisesti lisää huomattavasti simulaation laskutapahtumien lukumäärää ja hidastaa siten itse simulaatiota. Työtä varten kirjoitettiin ohjelma, jolla simuloituja tuloksia verrattiin sekä näytteistä mitattuihin että toisella simulaatio-ohjelmalla tuotettuihin spektreihin. Vertailusta kävi selvästi ilmi kaksikertasironnan merkitys takaisinsirontaa simuloitaessa. Yksikertasironnan tuoma informaatio päättyy energiaan, jolla näytteen takareunasta sironnut ioni havaitaan ilmaisimessa. Toisen sirontatapahtuman huomioon ottaminen tuo lisäinformaatiota etenkin spektrin häntäalueella. Laaditulla ohjelmalla pystyttiin nyt käsittelemään ainoastaan erikoistapausta, jossa ionisuihku ammuttiin kohtisuoraan näytteeseen. Looginen jatkotoimenpide työn parissa olisi laajentaa ohjelma käsittämään muutkin ionisuihkun tulokulmat.
-
(2015)Kiinteän olomuodon kemialliset reaktiot ovat viime vuosina herättäneet paljon kiinnostusta, sillä ne tarjoavat ympäristöystävällisen vaihtoehdon liuotinpohjaiselle kemialle. Kiinteässä olomuodossa reaktiot riippuvat materiaalin kiderakenteesta ja atomien järjestyksestä molekyylissä. Reaktiot tapahtuvat tietyn suuntaisten kemiallisten sidosten muodostumisen ja murtumisen seurauksena. Lähtöaineiden kiinteä olomuoto mahdollistaa myös reaktiomekanismien yksityiskohtaisen tutkimisen. Tunnetuin orgaanisen kiinteän olomuodon reaktioista on [2 + 2]-fotodimerisaatio, jonka tunnetuin esimerkki on trans-kanelihapon fotodimerisaatio truksiilihapoksi. Kyseinen reaktio on valon indusoima sykloadditio, jossa kaksi tai useampi tyydyttymätöntä molekyyliä yhdistyy muodostaen rengasrakenteisen tyydyttyneemmän tuotteen. Kyseinen reaktio on myös topokemiallinen eli kiderakenne vaikuttaa reaktiotuotteisiin. Reaktio noudattaa myös niin kutsuttua topokemiallista periaatetta, eli etenee pienimmän atomaarisen ja molekulaarisen liikehdinnän kautta. Kemiallisten reaktioiden syvällinen ymmärtäminen vaatii atomiskaalan rakenteiden tarkastelua, joka onnistuu materiaalitieteissä laajalti käytetyn röntgensäteilyn avulla. Röntgensäteily sopii tähän erityisen hyvin, sillä sen aallonpituus on samaa suuruusluokaa atomien ja niiden välisten etäisyyksien kanssa. Röntgensäteilyn aallonpituusalueen synkrotronisäteilyn käyttö materiaalitutkimuksessa on jatkuvasti yleistynyt synkrotronien kehittyessä. Uusimmat synkrotronisäteilylaitokset mahdollistavat epäelastiseen röntgensirontaan pohjautuvien spektroskopiamenetelmien käytön elektronirakenteiden tutkimiseen. Ei-resonantti epäelastinen röntgensironta alimman kuoren elektroneista tunnetaan myös Röntgen-Raman-sirontana, joka mahdollistaa kevyiden alkuaineiden kemiallisten reaktioiden tarkastelun. Tässä tutkielmassa keskitytään kiteisen alfa-trans-kanelihapon ja alfa-truksiilihapon aikerotteisiin spektroskopiamittauksiin Röntgen-Raman-sironnalla ja sen tuottamaan röntgenindusoituun dimerisaatioon. Kokeet tehtiin kiteillä, jotka oli jäähdytetty 10 K lämpötilaan. Mittaus jåärjestettiin siten, että Röntgen-Raman-spektreissä tarkastellaan energiansiirtoja lähellä hiilen 1s-absorptioreunaa. Motivaationa oli seurata röntgenindusoitua dimerisaatiota näytteen absorboiman säteilyannoksen funktiona tarkastelemalla spektrien muutoksia. Tutkielmassa tutustutaan teoriaan molekyyliorbitaalien muodostumisesta, röntgensäteilyn vuorovaikutuksesta aineen kanssa sekä ei-resonantista röntgensironnasta, erityisesti Röntgen-Raman-sironnasta. Kokeellisessa osiossa kiteiden Röntgen-Raman-spektreistä määritetään dimerisaatioon osallistuvien aineiden spektrit sekä säteilylopputuotteiden spektrit. Näiden avulla tarkastellaan ja mallinnetaan reaktioiden kinetiikkaa.
-
(2018)Nykyisin sädehoidon tarkka kohdistus varmistetaan erilaisia kuvantamistekniikoita käyttäen. Röntgensä- teilyn käyttöön perustuva kartiokeilatietokonetomografiakuvaus (KKTT) on yksi tavallisimmista kohdis- tusmenetelmistä. KKTT-laitteita käyttäen kohdistus voidaan tehdä kolmiulotteisesti, mutta tällöin myös säteilyannos on korkeampi kaksiulotteiseen röntgenkuvaukseen verrattuna. Turun yliopistollisessa keskussairaalassa (TYKS) sädehoidon kohdistuskuvaukset tehdään joko kolmi- ulotteisena KKTT-kuvauksena tai kaksiulotteisena kV-tasokuvauksena. Tämän tutkielman tavoitteena oli optimoida mahdollisimman matala-annoksiset, mutta tiettyyn tarkoitukseen riittävän hyvän kuvanlaadun omaavat KKTT-kuvausprotokollat pään, rintakehän ja lantion alueille. Annosmittaukset suoritettiin antropomorfisessa Alderson-fantomissa radiofotoluminesenssi- eli RPL- dosimetreilla. Absorboituneet annokset määritettiin kolmen eri anatomisen kohteen kuvausprotokollille niin, että nähtiin sähkömäärän, putkijännitteen ja keilanmuotosuodattimen vaikutus säteilyannokseen. Ku- vanlaadun arvioinnissa käytettiin kuvanlaadun tarkasteluun tarkoitettua Catphan 504 -fantomia. Catphan- fantomin avulla tutkittiin sekä kvantitatiivisesti että kvalitatiivisesti kolmen eri anatomisen kohteen ku- vausprotokollien kontrastierotuskykyä, paikkaerotuskykyä ja tasaisuutta. Kuvanlaadun mittaustulokset esitettiin niin, että voitiin arvioida sähkömäärän, putkijännitteen ja keilanmuotosuodattimen vaikutus ku- vanlaadun eri tekijöihin. Lisäksi pohdittiin sekä rekonstruktioalgoritmin että vokselikoon vaikutusta ku- vanlaadun eri tekijöihin. Tutkielma osoitti, että monissa tapauksissa säteilyannosta voidaan pienentää alentamalla sähkömäärää (mAs-arvoja) pitäen kuvanlaatu silti riittävän hyvällä tasolla. Myös putkijännitteen (kV-arvon) kasvatta- misen todettiin olevan hyödyllistä vain isokokoisille potilaille. Lopputulokseksi saatiin, että pään alueella kuvaukset olisi syytä tehdä mahdollisimman alhaisilla kuvausparametreilla. Myös rintakehän alueella voi- daan käyttää alhaisia kuvausparametreja kohinaa vähentävän standard-algoritmin ja suuremman pikseli- koon johdosta. Lantion alueella mAs-arvoja täytyy kasvattaa paikkaerotuskykyä parantavan sharp-algo- ritmin ja pienemmän pikselikoon vuoksi. Suositellut kuvausparametrit pään alueella olisivat 100 kV ja 10 mA, rintakehän alueella 110/125 kV ja 20 mA ja lantion alueella 125 kV ja 53/80 mA.
-
(2016)Suomessa syntyy vuosittain noin 65 tonnia käytettyä ydinpolttoainetta. Suunnitelmien mukaan tämä jäte loppusijoitetaan Olkiluodon ydinvoimalan alueelle noin 450 metrin syvyyteen louhittavaan ONKALO-loppusijoitustilaan. Loppusijotustilan rakenne pohjautuu ruotsalaiseen KBS3-loppusijoitusratkaisuun. Loppusijoitusratkaisussa keskeisessä osassa on moniesteperiaate: heikosti veteen liukeneva polttoaine, kupariset korroosiota kestävät polttoainekanisterit, bentoniittisavi sekä kallioperä. Merkittävin aineensiirtoa aiheuttava ilmiö kallioperässä on pohjaveden virtaus kallioperän murrosvyöhykkeissä. Diffuusion ansiosta osa pohjaveteen liuenneesta aineksesta kulkeutuu ehyeen kallioperään, jossa konvektiiviset aineensiirrot ovat huomattavasti murrosvyöhykkeitä heikompia. Tälle ilmiölle on rakennettu laboratorio-oloissa analogia: WPDElab 3 -mittausjärjestely. WPDElab 3 -mittausjärjestelyssä kivisen kairasydännäytteen pinnalle synnytetään hidas vesivirtaus. Kiven toiseen päähän injektoidaan lyhyt pulssi radioaktiivista monotritioitua vettä (HTO). Tämän jälkeen pulssi alkaa muuttamaan muotoaan konvektio-diffuusio -yhtälön mukaisesti. Kiven toisesta päästä kerätään näytteenvaihtajaa käyttäen vettä, jonka HTO-pitoisuus mitataan nestetuikelaskurilla. Kun ulos tulevan veden HTO-pitoisuus piirretään ajan funktiona, saadaan aikaan pulssin läpäisykäyrä. WPDElab 3 -mittausjärjestely mallinnettiin Finite Element menetelmään perustuvalla kaupallisella COMSOL Multiphysics -ohjelmistolla. Erityistä haastetta simulointiin aiheutti kivisen kairasydännäytteen pinnan rosoisuus sekä kairaustekniikasta aiheutunut pintakerroksen rikkonaisuus. Näitä molempia ilmiöitä kyettiin mallintamaan asettamalla kairasydännäytteen pintakerrokseen sen ehyttä keskiosaa suurempi diffuusiokerroin. Diffuusiokertoimen kertaluokaksi kairasydännäytteen keskiosille saatiin 10^(-15) m^(2)/s. Tulos on yhtenevä muiden WDPE-mittausten kanssa (toistaiseksi julkaisematon aineisto).
-
(2014)Korkean lämpötilan suprajohtavuuden löytymisestä on kulunut melkein kolme vuosikymmentä, mutta sen syntymekanismia ei vieläkään ymmärretä. Suprajohtavuudessa oleellisessa asemassa ovat ns. Cooperin parit, elektroniparit, jotka toistensa hylkimisen sijaan sitoutuvat toisiinsa puoleensavetävän vuorovaikutuksen ansiosta. Matalan lämpötilan suprajohteissa kyseisen vuorovaikutuksen välittäjänä ovat kidehilan värähtelyt eli fononit, mutta korkean lämpötilan suprajohteissa välitysmekanismia ei ole vielä selvitetty. Aineen dielektrisyysfunktio \epsilon(q,Ω) kuvaa väliaineen reagointia sähkömagneettiseen kenttään. Elektronien välinen Coulombin vuorovaikutus tapahtuu virtuaalisten fotonien välityksellä, ja elektronien välissä oleva aine varjostaa tätä vuorovaikutusta. Jos jokin varjostusmekanismi aiheuttaa hylkivän vuorovaikutuksen muuttumisen puoleensavetäväksi, sen voisi havaita dielektrisyysfunktiossa. Korkean lämpötilan suprajohteissa Cooperin parien koko on hyvin pieni, atomien välisten etäisyyksien suuruusluokkaa. Mahdollinen lyhyen kantaman vuorovaikutus pitäisi siis näkyä suurilla aaltovektoreilla q. Käytännössä ainoa menetelmä, jolla tälle alueelle päästään, on suurenergisten röntgensäteiden epäelastiseen sirontaan perustuva spektroskopia (NRIXS). Tutkittu YBa_{2}Cu_{3}O_{7-δ} (''YBCO'') on tyypillinen korkean lämpötilan kupraattisuprajohde. Mittausten tavoitteena oli tarkastella dielektrisyysfunktion suunta- ja lämpötilariippuvuutta. Tuloksia verrattiin ajasta riippuvaan tiheysfunktionaaliteoriaan pohjautuviin laskuihin (TDDFT). Havaittiin, että NRIXS on lupaava menetelmä kupraattien tutkimukseen ja että TDDFT soveltuu mittausten mallintamiseen.
Now showing items 41-60 of 138