Browsing by department "Institutionen för fysikaliska vetenskaper"

Planeettainvälisessä avaruudessa havaitaan runsaasti Auringosta peräisin olevia korkeaenergiaisia hiukkasia. Havainnot voidaan jakaa karkeasti lyhyt- ja pitkäkestoisiin. Yleisin selitys jälkimmäisille on diffusiivinen shokkikiihdytys koronan massapurkausten edellään työntämissä shokkiaalloissa. Hiukkaset siroavat shokin turbulentista sähkömagneettisesta kentästä ja saavat lisää energiaa ylittäessään shokkirintaman monta kertaa. Kiihdytys alkaa koronassa ja jatkuu useiden päivien ajan massapurkauksen liikkuessa poispäin Auringosta. Havaintojen mukaan koronassa tapahtuva kiihdytys, jossa protonit voivat saavuttaa jopa 1 GeV suuruusluokkaa olevan energian, tapahtuu minuuttien aikaskaaloissa. Korkeaenergiaisten hiukkasten energiaspektri on tyypillisesti potenssilaki dN/dE ~ E^{-sigma}, missä sigma on lähellä ykköstä oleva vakio. Opinnäytteessä esitellään diffusiivisen shokkikiihdytyksen teoria ja tutkitaan kiihdytystä testihiukkassimulaatiolla. Koronan aktiivista aluetta mallinnetaan yksinkertaistetulla magneettikentällä. Simulaatiossa lasketaan tasomaisen shokin eteen injektoitujen protonien ratoja siihen asti, kun ne joko osuvat Auringon pintaan tai karkaavat planeettainväliseen avaruuteen. Lopputuloksista lasketuista statistiikoista etsitään kiihdytykseen vaikuttavia tekijöitä. Saatujen tuloksien perusteella koronan magneettikentän geometrialla on suuri merkitys saavutettavaan energiaan. Tehokkainta kiihdytys on geometrioissa, joissa shokki on lähes poikittainen. Erityisesti sironnan ei tarvitse olla voimakasta suurten energioiden saavuttamiseksi. Sen vaikutus näyttäisi olevan enneminkin jakaumafunktion isotropisointi, jolloin energiaspektristä tulee potenssilakimuotoinen.

This thesis integrates real-time feedback control into an optical tweezers instrument. The goal is to reduce the variance in the trapped bead s position, -effectively increasing the trap stiffness of the optical tweezers. Trap steering is done with acousto-optic deflectors and control algorithms are implemented with a field-programmable gate array card. When position clamp feedback control is on, the effective trap stiffness increases 12.1-times compared to the stiffness without control. This allows improved spatial control over trapped particles without increasing the trapping laser power.

As a full-grown science, cosmology is relatively young. Even though man has pondered the existence and structure of the universe throughout his history, the lack of actual observational data has prevented analytical research. Observational cosmology can be seen to have born in the 1920’s when Edwin Hubble discovered that the galaxies surrounding us are receding in all directions. This led to the conclusion that the universe around us is itself actually expanding. Expansion occurring isotropically in all directions indicates that the universe was once much denser and hotter. So hot that the matter in it has been completely ionized plasma. The decrease in temperature caused by the expansion is calculated to have caused the neutralizing of the plasma, recombination, over thirteen billion years ago. The instant is cosmologically remarkable, since light that until that moment scattered frequently from the charged particles now began to propagate freely. Initially at three thousand Kelvin temperature, the radiation has cooled down due to expansion and is now observed as the three Kelvin cosmic microwave background radiation (CMB). First observations of the existence of the CMB date back to 1965. Since the background radiation has traveled its long journey relatively unchanged, its study can yield direct information on the conditions of the early universe. Theoretically it was expected, well before observational confirmation in 1992, that the CMB should have a structure that reflects those inhomogeneities, that have now undergone their ten billion years of evolution, to become the large scale structure we observe: galaxies, galaxy clusters and the evermore larger entities. In this thesis we examine, how the effects of two cosmological parameters, the matter and baryon densities of the universe, manifest in the pre-recombination dynamics and how these effects are reflected in the structure of the observed CMB anisotropy. Baryons are the “ordinary” matter all around us, protons and neutrons. The concept of “matter” is extended to include the unknown dark matter, the existence of which is only known through its gravitational effects. We will review the equations that are necessary to track the evolution of the primordial perturbations. By a computer program based on those equations we display how the early universe dynamics change with the values of the density parameters. Finally we will show how these effects are reflected in the angular power spectrum that describes the structure of the microwave background.

Tietokonetomografiatutkimusten (TT-tutkimusten) määrä on kasvussa, ja niistä aiheutuu merkittävä osa röntgentutkimusten väestölle aiheuttamasta kollektiivisesta annoksesta. Jotta potilaan saama säteilyannos voitaisiin määrittää tarkasti, luotettavasti ja vertailukelpoisesti, mittalaitteet on kalibroitava kansainväliseen mittausjärjestelmään jäljittyvällä tavalla käyttä-en sovittuja standardisäteilylaatuja. TT-laitteen annosmittauksissa käytetään erityisiä pitkiä sylinterin mallisia ionisaatiokammiota (TT-kammio eli DLP-kammio), joilla mitataan ilma-kerman ja pituuden tuloa. TT-kammioidenkalibrointiin ei ole ollut vakiintunutta menettelyä Säteilyturvakeskuksessa (STUK) eikä yleisesti hyväksyttyä kansainvälistä ohjetta. STUK osallistuu Kansainvälisen atomienergiajärjestön IAEA:n ohjeluonnoksen (2005) koekäyttöön. Tässä työssä oli tarkoitus testata ohjeessa esitettyä TT-kammioiden kalibrointimenetelmää sekä aikaisemmin julkaistuja menetelmiä, kehittää niiden pohjalta STUKille oma kalibrointikäytäntö ja testata sen toimintaa. Työssä tarkasteltiin erilaisia kalibrointimenetelmiä ja TT-kammion toimintaa. Mittausten perusteella päädyttiin menettelyyn, jossa kalibrointi suoritetaan mittaamalla TT-kammion vastetta kolmella erilevyisellä säteilykeilan lisärajoittimen aukolla. Kammion vasteen tasai-suutta voidaan lisäksi tutkia 1 cm:n levyisellä aukolla. Kalibrointikerroin saadaan vertaamal-la kalibroitavalla TT-kammiolla mitattuja tuloksia vertailumittarilla (mittanormaalilla) saa-tuihin tuloksiin. TT-kammion kalibroinnissa vertailumittari on sylinteri-ionisaatiokammio. Jos halutaan arvioida kalibroitavan TT-kammion efektiivistä pituutta, on kammion kalib-rointikerroin laskettava myös TT-kammiolla avokentässä tehtyjen mittausten perusteella. Työssä esitellyllä menetelmällä saadun kalibrointikertoimen kokonaisepävarmuus on 2,4 %. TT-laitteen annosmittaustilanteessa yksinkertaisinta on arvioida sopiva kalibrointikerroin pelkän putkijännitteen avulla, joka nostaa kalibrointikertoimesta tulokseen aiheutuvat kokonaisepävarmuuden 4,7 prosenttiin, sillä kalibrointikerroin riippuu sekä röntgenputken jännitteestä että säteilyn suodatuksesta.