Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta


Recent Submissions

  • Sova, Susanna (2015)
    The evolution of biominerals, including teeth, has been an important step in the evolutionary diversification of organisms. For an organism, biominerals allow various advantages, such as ion storage, protection, food capture and processing, and locomotion. In mammals, tooth enamel is the hardest and most mineralized part of the body. Although tooth development is better known than that of many other organs, the maturation of enamel is still not completely understood. Enamel formation is a slow process biologically. In humans, the mineralization of the enamel in the first permanent molars starts at the time of birth, and the process continues even after the eruption of the teeth at the age of six years. Any disturbances during the enamel formation or other damage later in life will become permanent, as enamel does not reform. The aim of this work is to document the maturation of domestic pig molars, and use mineralogical and physics research methods to study enamel growth. The domestic pig (Sus scrofa domesticus) is a plant-dominated herbivore with large, bunodont molars. The relatively fast development of pig teeth together with their large size makes pig teeth a suitable model for comparisons of different methods. One of the methodological interests was to test if mineral grains can be used in computational microtomography for relative calibration of the absorption models. Three minerals (fluorapatite, quartz and siderite) were chosen by their physical and chemical features. The calibrated absorption models were compared with the results of more traditional methods, such as thin sections and hardness tests. X-ray diffraction and scanning electron microscopy were also used for structural studies. The results show that the microtomography is a valuable starting point for the traditional destructive methods used in the study of biomineralization, but does not substitute for the other methods. The mineral calibration was an efficient method for the microtomography-absorption models. Additionally, the calibration minerals allowed detection of microtomography artifacts better than using teeth only.
  • Kivisaari, Heli (2015)
    The occurrence of high-aluminum orthopyroxene megacrysts (HAOMs) has been used to argue for polybaric crystallization of Proterozoic anorthosites. In this study, the petrography, geochemistry, and petrologic significance of HAOMs discovered from the 1.64 Ga Ahvenisto rapakivi granite – massif type anorthosite complex were studied. Fieldwork in the northwestern flank of the Ahvenisto complex revealed new outcrops with two different types of HAOM embedded in leucogabbroic rocks. Type 1 HAOM are autonomous, euhedral to subhedral, and up to 15 cm in diameter. Type 2 HAOMs occur in pegmatitic pockets with megacrystic (up to 30 cm long) laths of plagioclase. Especially the type 1 HAOMs are surrounded by complex rim structures comprised of plagioclase, low-Al orthopyroxene, iddingsite (after olivine), and sulphides. A quantitative electron microprobe wavelength dispersive spectroscopy analysis (EMPA-WDS) of orthopyroxene, plagioclase, and olivine was conducted on nine samples. Also, a bulk-analysis (WD-XRF) was performed on a set of twelve whole-rock and mineral samples. The precision and applicability of these methods in the HAOM research is briefly discussed. The geochemical data was used to evaluate the crystallization pressures of orthopyroxene in the system with an ”Al-in-orthopyroxene” geobarometer. A relatively clear three-stage compositional evolution is observed. The Al content decreases significantly from the core regions of the HAOM (4.4–7.6 wt. % Al2O3), through the rims (1.3–3.6 wt. %), into the host rock (0.5–1.5 wt. %). Enstatite compositions overlap but are generally higher in the cores (En~60–70) and rims (En~50–70) of the HAOMs than in the host rock (En~45–60) orthopyroxenes. The highest recorded Al abundances in the HAOM cores correspond to crystallization pressures of up to ~1.1 GPa and depths of ~34 km. The HAOM rims have crystallized in lower pressures (maximum of ~0.5 GPa/20 km). The highest pressure-estimates within barometer calibration for the host rock orthopyroxene were ~0.2 GPa (<10 km). The observations made in this study suggest that the inner parts of the HAOMs have crystallized in high-pressure conditions at lower crustal levels. The reaction coronas between the HAOM and the host rock were most likely formed during initial igneous cooling and in the presence of some melt, followed by subsequent hydration of the system. The occurrence of magmatic olivine within the rim may reflect the effects of pressure decrease in the ternary Fo-An-Si system, which stabilized olivine over orthopyroxene in the late stages of crystallization. Groundmass orthopyroxene composition is concurrent with late low-pressure crystallization at intrusion depth. This information is concordant with the latest research from the Ahvenisto area, which suggest that the anorthosistic rocks have a mantle origin.
  • Oleksandr, Zagorodko (2015)
    Polymeric ionic liquids (PILs) belong to a new class of materials which combine the properties of both conventional ionic liquids and polymers that make them promising for many different applications. The aim of this thesis is to develop a new approach for PILs synthesis based on thiolactone chemistry. The main starting material used for modification is a novel polyacryloylthiolactone (pAHT) polymer that has thiolactone moiety in the side chain. This can be modified with amine- and vinyl-containing compounds in an one or two step reaction. The amine-containing ionic liquid was designed specially for aminolytic opening of polythiolactone. Reaction conditions were carefully optimized as the ionic liquid part of the molecule can influence the reactivity of the compound. Additionally, detailed study of aminolysis with conventional amines of different nature is also performed, including NMR-kinetics. In general, under optimized conditions yields higher than 90 % were reached for all amines, including the ionic liquid. A second degree of modification is introduced by click thiol-Michael addition reaction of thiol groups produced by the ring opening of the pAHT in the presence of amine. Modification was studied for two classes of vinyl monomers - (meth)acrylates and styrenes. (Meth)acrylates appeared to be more suitable for synthesis of block copolymer, while styrenes are better for thiol-ene addition. By using a chiral styrene-based ionic liquid, PILs were synthesized by modification of double bonds. Combination of two approaches allowed the synthesis of novel PILs with two ionic liquid moieties of different polarities in the polymer backbone. Properties of the new polymer and its modification with vinyl-containing compounds were studied as well. Synthesis and properties of materials with different morphologies, such as monoliths and gels were studied.
  • Sirén, Saija (2015)
    Lipids can be found in all living organisms, and complex lipids are typically determined from biological samples and food products. Samples are usually prepared prior to analysis. Liquid-liquid extraction (LLE) is obviously the most often used technique to isolate lipids. Two fundamental protocols are Folch and Bligh & Dyer methods. In both methods, the extraction is based on lipid partitioning between chloroform and water-methanol phases. Methyl-tert-butyl ether offers an environmentally friendly alternative to chloroform. Total lipid fraction can be further separated by solid-phase extraction. Complex lipids are typically isolated from other lipid species with silica SPE cartridges. Three main techniques used in quantitative determination of complex lipids are thin layer chromatography (TLC), high performance liquid chromatography (HPLC) and direct infusion mass spectrometry (MS). Thin layer chromatography is a traditional technique, but its applicability is limited due to poor resolution and requirement of post-column derivatization. Instead, HPLC provides an efficient separation and it is easily coupled with several detectors. HPLC methods are the most commonly used in lipid analysis. Direct infusion mass spectrometry is the incoming technique. Lipid molecules can be precisely identified during the fast measurement. Other advantages are excellent selectivity and sensitivity. New method for glycolipids was developed during the experimental period. Glycolipids were isolated from bio oil samples using solid phase extraction cartridges. Normal phase liquid chromatography was utilized to separate glycolipids, and detection was carried out with parallel tandem mass spectrometry (MS/MS) and evaporative light scattering detection (ELSD). Quantification was based on ELSD measurements, whereas MS/MS was adopted to confirm the identification. Developed method was validated and following parameters were determined: linearity, trueness, precision, measurement uncertainty, detection and quantification limits. Precisions were successful and they were mainly between 5-15 %. Trueness results were however more undesired, because measured concentrations were typically higher than theoretical concentrations. Results were dependent on analyte, but generally they varied between 66 % and even 194 %. Validation pointed out that method needs further development. Mass spectrometric quantification can be considered, if appropriate internal standards would be available.
  • Paajanen, Johanna (2015)
    Tutkielman kirjallisuusosassa tarkastellaan kupari(II)ionin ja eräiden alifaattisten ja aromaattisten oksiimiligandien välistä kompleksinmuodostusta vesiliuoksessa. Kompleksoitumista on tutkittu potentiometrisesti titraamalla ja kompleksien pysyvyysvakiot on määritetty laskennallisesti titrausaineiston perusteella. Joidenkin kompleksien rakenne vesiliuoksessa on määritetty spektroskooppisesti. Komplekseja on myös kiteytetty vesiliuoksesta ja niiden rakenne on määritetty röntgendiffraktometrisesti. Kiinteässä tilassa kupari(II)ionin koordinaatiogeometria on usein neliöpohjainen pyramidi. Kompleksit voivat olla mononukleaarisia, dimeerisiä tai polynukleaarisia. Kompleksin rakenteeseen ja pysyvyyteen vaikuttavat muun muassa steeriset tekijät, kuten ligandin mahdolliset kookkaat substituentit, sekä ligandin happamuus ja emäksisyys. Useimmat tutkituista ligandeista sitoutuvat kupari(II)ioniin kaksihampaisesti kahden typpiatomin kautta, joista toinen on oksiimiryhmän typpiatomi. Tutkielmaan liittyvän kokeellisen työn aiheena on sinkki(II)- ja kadmium(II)ionien kompleksinmuodostus pyratsiini-2-amidoksiimin sekä 2-(dietyyliamino)asetamidoksiimin kanssa vesiliuoksessa. Työssä tutkittiin myös koboltti(II)ionin kompleksoitumista 2-(dietyyliamino)asetamidoksiimin kanssa vesiliuoksessa. Tutkimusmenetelmänä oli potentiometrinen titraus. Kompleksien pysyvyysvakiot määritettiin laskennallisesti SUPERQUAD-tietokoneohjelmalla. Pyratsiini-2-amidoksiimi ja 2-(dietyyliamino)-asetamidoksiimi muodostavat molemmat sinkki(II)ionin kanssa yhden mononukleaarisen monokompleksin ja yhden dimeerin. Molemmat ligandit muodostavat kadmium(II)ionin kanssa kaksi mononukleaarista monokompleksia, joista toinen on deprotonoitunut. 2-(Dietyyliamino)asetamidoksiimi muodostaa koboltti(II)ionin kanssa yhden mononukleaarisen monokompleksin ja yhden dimeerin, kuten sinkki(II)ionin kanssa. Kadmium(II)ionin suuri koko heikentää sen ja happiatomin välistä sidosta ja estää mononukleaaristen kompleksien dimeroitumisen oksimaattosiltojen kautta.
  • Molina-Gutiérrez, Samantha (2015)
    The strength and directionality of hydrogen bonds have made them very attractive in the engineering of supramolecular units. This has been translated to the design of multiple hydrogen-bond arrays in order to modify and tune the interaction between supramolecular building blocks. In the present work several bifunctionalized compounds equipped with 7-Amino-1H-[1,8]naphthyridin-2-one as DADA binding unit and a variation of linker moieties by including aromatic groups as benzene and naphthalene, heterocycles as 1,2,3-triazoles, and dendron moieties, by means of reactions as Glaser coupling, Sonogashira coupling and 1,3-dipolar cycloaddition, have been synthesized. Compounds with a dendron structure as linker exhibit adequate solubility in non-polar solvents to execute experiments to study their binding nature. 1H-NMR DOSY experiments suggested that the synthesized dendron compounds were present as dimers and trimers in deuterated dichloromethane.
  • Tran, Mai (2015)
    Pro gradu -tutkielman kirjallisuuskatsaus käsittelee van Leusen -reaktiota. van Leusen -reaktio on yleinen tapa valmistaa 1,5-disubstituoituja imidatsoleja. Substituoituja imidatsoleja on tutkittu laajasti, koska niillä on suuri merkitys lääkeainekemiassa. van Leusen -reaktiossa p-tosyylimetyyli-isosyanidi (TosMIC) reagoi aldimiinin kanssa emäksen vaikutuksesta muodostaen substituoidun imidatsolin. Perinteisesti van Leusen- reaktio valmistetaan MeOH:ssa K2CO3:n toimiessa emäksenä. Reaktion saannot vaihtelevat suuresti ja ne ovat riippuvaisia aldimiinin substituenteista. Tutkielman kokeellinen osuus käsittelee 1,5-disubstituoitujen imidatsolien synteesiä van Leusen –reaktiolla, ja erilaisten reaktioparametrien vaikutusta siinä. Tutkimuksen kiinnostuksen kohteena olivat erityisesti alisyklisen aldehydin ja alifaattisen amiinin väliset reaktiot, sillä tämän kaltaisia substraatteja ei ole aikaisemmin kirjallisuudessa tutkittu. Kokeellisen osuuden tarkoituksena oli löytää vaihtoehtoiset reaktio-olosuhteet perinteiselle van Leusen -reaktiolle, koska TosMIC hajoaa nopeasti MeOH:ssa K2CO3:n toimiessa emäksenä. Optimointireaktion avulla valmistettiin 1,5-dialkyyli-1H-imidatsoleja hyvillä saannoilla. Lisäksi vertailureaktio ja saadut tulokset osoittivat sen, että van Leusen –reaktion optimointi onnistui hyvin ja pro gradu –tutkielman tavoitteet täyttyivät. Kahden hyvän systeemin lisäksi, käytetyt liuottimet ja emäkset olivat suhteellisen ympäristöystävällisiä kemikaaleja.
  • Autio, Elina (2015)
    Kasvava ilmastonmuutos, ympäristöongelmat sekä öljyn hintojen nousu ja epävakaisuus ovat nostattaneet tarpeen vaihtoehtoisille energianlähteille. Tämänhetkinen energian ja kemikaalien tuotanto perustuvat suurimmaksi osaksi uusiutumattomiin luonnonvaroihin. Lignoselluloosapitoinen biomassa on suurin uusiutuvan raaka-aineen lähde maailmassa. Lignoselluloosamateriaaleja ovat esimerkiksi puu ja maatalouden ja metsäteollisuuden jätteet. Tulevaisuuden kannalta on tärkeää kehitellä uusia tapoja hyödyntää biomassaa entistä tehokkaammin. Lopputuotteita, biopohjaisia polttoineita ja kemikaaleja, on jalostettava entistä pidemmälle ja biomassasta on kehitettävä uusia arvokkaampia materiaaleja. Kirjallisuuskatsauksessa keskitytään käsittelemään lignoselluloosan rakennetta ja koostumusta ja eritoten selluloosan ja hemiselluloosan hajottamista rakenneyksiköikseen glukoosiksi ja ksyloosiksi. Lignoselluloosan käsittelyssä on kaksi hyvin tärkeää vaihetta: esikäsittely ja hydrolyysi. Kirjallisuuskatsauksessa käydään läpi tunnettuja lignoselluloosan esikäsittelymenetelmiä ja Helsingin yliopistossa kehitetyt AlkOx- ja CatOx-menetelmät. Lisäksi perehdytään entsymaattiseen hydrolyysiin ja happohydrolyysiin ja pohditaan niiden toimivuutta hiilihydraattien hajotusmenetelminä. Tutkimusosuuden aihe oli mikroaaltoavusteinen selluloosan ja hemiselluloosan hydrolyysi laimealla hapolla. Pääraaka-aineena tutkimuksissa käytettiin alkalisesti esikäsiteltyä (AlkOx) koivua. Hydrolyysissä käytettiin eri happokatalyyttejä ja lisäksi hydrolyysiolosuhteita, happokonsentraatioita (0,1-3 p%), lämpötilaa (130°C-200°C) ja reaktioaikaa (1-10min), vaihdeltiin optimaalisten hydrolyysiolosuhteiden löytämiseksi. Hydrolyysiprosessin etenemistä tutkittiin pääasiassa glukoosin ja ksyloosin liukenemisen perusteella. Happohydrolyysituotteiden, glukoosin ja ksyloosin, pitoisuuksia analysoitiin HPLC:llä. Mikroaaltoavusteinen hydrolyysi laimealla hapolla osoittautui tutkimuksissa erittäin nopeaksi ja selektiiviseksi menetelmäksi hemiselluloosan ja selluloosan hajotuksessa. Saavutetut tulokset ovat aikaisempiin tutkimuksiin verraten erittäin merkittäviä. Alkalisesti esikäsitellyn koivun hydrolyysissä päästiin erinomaisiin ksyloosisaantoihin. Konsentraatioltaan 2 p%:lla suolahapolla suoritetussa hydrolyysissä päästiin jopa 96%:n ksyloosisaantoihin, vain 140°C:ssa ja 3 minuutissa.
  • Corbin, Antoine (2015)
    Many diseases are dependant of the concentration of hormones in our body, especially for women. The risk of having this type of disease such as sex-related cancer is lower in Asian countries thanks to the high consumption of soy in these countries. Indeed, soy contains several isoflavones such as daidzein or genistein which act as phytoestrogens once metabolized in our body. It is due to the fact that they are similar to estrogens but they do not have or have a lower biological effect than estrogens compounds. (S)-dihydrodaidzein, a product of the metabolism of daidzein which is one of these isoflavones, has a stronger bioactivity than its parent compound but only 30% of the population in the world can obtain it naturally. The current research was focused on the stereoselective synthesis of dihydrodaidzein by hydrogenation using a chiral catalyst that will favor the obtention of only one enantiomer. (S)-proline was used as the chiral modifier. Two types of hydrogenation were used, transfer hydrogenation and hydrogenation under pressure, the latter being the one where we obtained the maximum of enantiomeric excess. 44% was achieved after 3 hours of hydrogenation with palladium on activated carbon as catalyst at 20 bars of pressure of dihydrogen. It is the first report of the use of (S)-proline on another compound than isophorone and we obtained higher enantiomeric excess for the same conditions. This study relies on the use of one and two-dimensional NMR, preparative HPLC-MS and chiral HPLC to identify and to obtain pure compounds and the enantiomeric excess of dihydrodaizein. Future research should focus on the kinetic study of this reaction and the elucidation of the mechanism.
  • Kaipainen, Jussi (2015)
    Pollution is of concern for human health and the environment. Authorities have set concentration frames for many pollutants. Therefore, monitoring is required in industrial and farming activities, for example. Methods based on gas chromatography - tandem mass spectrometry are mainly utilized in the study of trace pollutants in the environmental samples. The main reason for that being versatility and robustness of the technique, which is capable of analysis of numerous compound groups covering all the main pollutants. This thesis focuses on recent gas chromatography - tandem mass spectrometry method development in environmental analysis. Samples of air particulate matter and from aqueous environment are covered. Optimization of tandem mass spectrometry parameters, such as excitation energies, the choice of precursor ions and product ions are shown. Tandem mass spectrometry techniques increase sensitivity and selectivity of the analysis by reducing baseline due to specific fragmentation. For the reason of comparison, conventional one dimensional mass spectrometric applications are shown and advantages and disadvantages of both approaches are discussed. Research papers published during past decade were reviewed. Studied material included research results of gas chromatography- tandem mass spectrometry applications for determination of organic compounds, such as endocrine disruptive compounds, organometals, illicit drugs, pharmaceuticals, pesticides, brominated and chlorinated organic compounds, some volatile organic compounds, organonitrogen compounds and polycyclic aromatic hydrocarbons, in environmental samples. Sample collection and preparation techniques utilized in applications are reviewed as well. In the experimental part of this study, gas chromatography - mass spectrometry method for the determination of carboxylic acids, phenols and sugars in aerosol particles was developed. The experimental part covers also the study of fatty acids, which are analyzed utilizing the same method. Fatty acids are qualitative trace markers for agriculture based pollution in air. Result of the practical application of fatty acids as trace marker is presented as well. Developed method for determining fatty acids was utilized in field campaign in Bologna, Italy. C18/C16 –ratio is trace marker of agricultural based emission. Campaign results of C18/C16 –ratio and is presented in this thesis. Day-of-week trend of fatty acid emission is covered as well. The utilization of tandem mass spectrometry will reduce common matrix effects of gas chromatography - mass spectrometry and in this way will make analysis more sensitive. Tandem mass spectrometry methods will complete to the requirements of environment monitoring and thus are highly recommended in environmental analysis.
  • Gerasin, Minna (2015)
    Vakuutusyhtiö sitoutuu suorittamaan asiakkaan maksamaa vakuutusmaksua vastaan korvauksen vahingon sattuessa. Nämä kaksi rahavirtaa, korvaukset ja vakuutusmaksut, muodostavat kaksi merkittävää kassavirtaa vakuutusyhtiön toiminnassa. Näiden lisäksi vakuutusyhtiön toimintaan liittyy myös muita rahavirtoja. Tässä tutkielmassa otetaan huomioon korvausten ja vakuutusmaksujen lisäksi sijoitustoiminnasta saatavat tuotot. Näin ollen vakuutusyhtiön taloudellinen tulos riippuu vakuutustoiminnan lisäksi siitä, miten tuottavasti yhtiö sijoittaa varansa markkinoille. Vakuutusyhtiön vuosittaisena perusliikkeenä kuvataan nettotappioliike, joka muodostuu vuoden aikana korvattavan kokonaisvahinkomäärän ja saatujen vakuutusmaksujen erotuksesta. Jokaisen vuoden alussa vakuutusyhtiö sijoittaa varallisuudestaan kiinteän osuuden riskillisiin arvopapereihin ja loput riskittömään bondiin. Riskittömän bondin koron oletetaan olevan positiivinen ja kiinteä. Sen sijaan riskillisiin arvopapereihin liittyvä tuottoaste oletetaan stokastiseksi. Arvopapereiden hintojen muutoksista johtuen sijoitussalkku vaatii uudelleen allokoinnin vuosittain. Tässä tutkielmassa kiinnostuksen kohteena on arvioida ja ennustaa, miten vuosittain vakuutus- ja sijoitustoiminnasta syntyvät kassavirrat kumuloituvat ajan mittaan. Diskonttaamalla vuosittainen liike nykyhetkeen voidaan arvioida vaatimusta tarvittavalle alkupääomalle, jolla vararikon todennäköisyys pitkällä aikavälillä on riskien hallinnan näkökulmasta riittävän pieni. Tässä tutkielmassa diskontatun nettotappioliikkeen oikeaa häntää arvioidaan satunnaisyhtälön avulla saatavan teorian valossa. Diskontatun nettotappioliikkeen häntätodennäköisyyksiä estimoidaan teoreettisten tulosten avulla ja verrataan näin saatuja häntätodennäköisyyksiä simuloidusta aineistosta laskettujen häntätodennäköisyyksien kanssa. Lisäksi tarkastellaan, miten normaalijakauma vastaavin parametrein sopisi häntätodennäköisyyksien arviointiin. Vertailua tehdään erilaisissa sijoitusympäristöissä, joissa sekä riskillisiin arvopapereihin sijoitettavan varallisuuden osuus että stokastisen koron parametrit vaihtelevat. Tutkielmassa tarkasteltavan teorian mukaiseseti vuosittaisen nettotappioliikkeen jakauman säännöllisesti vaihteleva oikea häntä periytyy myös diskontatun nettotappioliikkeen jakaumalle, kun ajassa mennään kohti äärettömyyttä. Esimerkeissä huomataan, että ainakin tietyissä tilanteissa teorian mukainen estimaatti häntätodennäköisyyksille sopii hyvin kuvaamaan myös simuloidun aineiston häntätodennäköisyyksiä. Sen sijaan normaalijakauman käyttö häntätodennäköisyyksien arvioinnissa johtaa selkeästi suurempiin häntätodennäköisyyksiin, jonka seurauksena tarvittavan alkupääoman määrä on suurempi kuin simuloidun aineiston perusteella näyttäisi olevan tarpeen. Toisaalta esimerkeissä tulee vastaan myös tilanteita, joissa teoreettinen tulos vaikuttaisi pätevän vasta riittävän kaukana diskontatun nettotappioliikkeen jakauman oikean hännän alueella. Tällainen tilanne voi syntyä esimerkiksi nettotappioliikkeen jakauman parametrioletusten vuoksi tai esimerkiksi silloin, kun riskillisiin bondeihin sijoitettavan varallisuuden osuus on pienehkö.
  • Jäppinen, Heikki (2015)
    Lentoala elää murroksen aikakautta ja ala on kokenut viimeisen vuosikymmenen aikana lukuisia kriisejä, suuren rakennemuutoksen, mutta samalla kysynnän kasvun. Lentoalan turbulenttisuus vaikeuttaa suuresti alan ennustamista, mutta tulevaisuuden analysoinnille on alalla todellinen tarve. Tämän tutkimuksen tavoitteena on saada mahdollisimman laaja näkemys lentoalan tulevaisuudesta ja siihen vaikuttavista globaaleista tekijöistä. Tutkimuksen tarkoitus on luoda neljä tulevaisuuden skenaariota, jotka hahmottavat Helsinki-Vantaan kysyntää ja tulevaisuutta. Näiden skenaarioiden pohjalle tarvitaan kokonaisnäkemys alueen tulevasta kehityksestä lentoalaan vaikuttavien tekijöiden osalta. Tutkimukselle voidaankin määrittää kolme erillistä tavoitetta: 1. luoda mahdollisimman laaja näkemys Helsinki- Vantaan lentoaseman nykytilasta 2. toisaalta hahmottaa globaalit tekijät ja niiden muutokset, jotka vaikuttavat niin maailman, Euroopan kuin Suomen sekä erityisesti Helsinki-Vantaan tulevaisuuteen 3. luoda selkeät skenaariot siitä miltä Helsinki-Vantaan lentoasemat ja sen toimintaympäristö vuonna 2030 voisivat näyttää Tärkeimpiä työssä tutkittuja tekijöitä ovat energiaan, ympäristöön, talouteen, teknologiaan ja ihmisten arvoihin liittyvät tekijät. Myös erilaisia lentoalaan liittyviä muuttujia kuten liikkumisen kehitystä, lentoalan sääntelyä sekä sen suhdetta ympäristöön ja muihin liikennemuotoihin tutkitaan ja niiden kehityskulkuun otetaan kantaa. Näiden tekijöiden ja muuttujien erilaisten kehityssuuntien hahmottamisen avulla ja yhdistämällä ne lentoalan nykyiseen tilanteeseen sekä toimintaympäristöön saadaan aikaiseksi suuri määrä erilaisia tulevaisuudenkuvia. Työssä esitettävät skenaariot ovat: ”Continuous climb”, ”Suuntasäteessä”, ”Caution wake turbulence” ja ”Syöksykierre”. Tutkimuksen tarkoitus on tuoda esille, että tulevaisuus ei ole ennalta määrättyä, mutta siihen on mahdollista vaikuttaa niin päätöksillä kuin teoilla. Tulevan tutkimuksen skenaariot eivät pyri luomaan tarkkoja kuvauksia tulevaisuudesta vuonna 2030. Todennäköisimmin tulevaisuus on yhdistelmä tulevia skenaarioita tai vain osa niissä esitetyistä tulevaisuuspoluista tulee toteutumaan. Tutkimuksen tarkoitus ei ole ennustaa, vaan tarjota uusia ajatusmalleja sekä antaa esimerkki siitä kuinka skenaarioita voidaan hyödyntää. Parhaassa tapauksessa työtä voidaan hyödyntää keskipitkän aikavälin strategian suunnittelussa. Lisäksi pystytään tarjoamaan niin kutsuttu ulkopuolinen näkemys siitä miten Helsinki-Vantaa on kytkettävissä paremmin maailmaan ja miten sen vahvuuksia on mahdollista jalostaa sekä toisaalta miten mahdollisiin uhkiin ja heikkouksiin voidaan etukäteen varautua ja niiltä suojautua.
  • Reimi, Petra (2015)
    Keskustelua osallisuudesta, vuorovaikutuksesta ja kansalaisten vaikutusmahdollisuuksista päätöksenteossa on käyty jo 1960-luvun lopulta saakka. Suunnittelun kommunikatiivisen käänteen myötä myös asukkaiden osallistumismahdollisuudet alkoivat korostua kaupunkisuunnittelussa. Suomessa asukkaiden osallistumismahdollisuuksien kehitystä edisti erityisesti vuonna 2000 voimaan tullut maankäyttö- ja rakennuslaki. Kunnissa alettiin kehittää voimakkaasti uudenlaisia osallistumismenetelmiä, ja vuorovaikutuksen rooli suunnittelussa kasvoi. Tutkimusten mukaan asukkaiden kokemusperäistä tietoa ei kuitenkaan ole pystytty hyödyntämään suunnittelussa toivotulla tavalla, ja tiedon liittäminen osaksi julkishallinnon käytäntöjä on yhä haaste. Työn tarkoituksena on tutkia, miten asukkailta kerättyä kokemuksellista tietoa voidaan hyödyntää yleiskaavoituksessa, ja millaisia vaikutuksia asukkaiden osallistumisella on suunnitteluprosessin ja suunnittelun lopputuloksen kannalta. Tapaustutkimuksessa käsitellään asukasosallistumisen roolia osana Lahden jatkuvaa yleiskaavaprosessia. Aineisto koostuu pääosin kahdesta osasta: Oma Lahti -illoissa kerätystä laadullisesta työpaja-aineistosta sekä asiantuntijahaastatteluista. Lisäksi aineistona on käytetty paikkatietoaineistoja ja kirjallisia lähteitä, kuten Lahden kaupungin suunnitteluasiakirjoja ja alan aiempia tutkimuksia. Menetelminä on käytetty aineistolähtöistä sisältöanalyysiä sekä paikkatietomenetelmiä. Lahdessa osallisuuden haasteisiin on pyritty vastaamaan hyödyntämällä jatkuvaa yleiskaavaprosessia, joka mahdollistaa entistä jatkuvamman ja säännöllisemmän asukasosallistumisen toteuttamiseen. Lisäksi keväällä 2014 järjestettyjen Oma Lahti -iltojen avulla on pyritty parantamaan asukkaiden osallistumismahdollisuuksia ja samalla tarttumaan tiedon käytettävyyden haasteisiin. Oma Lahti -illat toteutettiin yhteistyössä Lahden ammattikorkeakoulun kanssa tavoitteena hyödyntää asukaslähtöisiä palvelumuotoilun menetelmiä. Karttatyöskentelyyn perustuvien työpajojen erityisteemoina olivat liikkuminen ja lähipalvelut. Arkiliikkumisen kannalta kehityskohteina nähtiin erityisesti pyöräily, jalankulku ja julkinen liikenne. Palveluiden osalta taas puhuttivat erityisesti luontoalueet ja virkistysmahdollisuudet, joita osallistuneet pitivät erittäin tärkeinä. Myös julkisten ja kaupallisten palveluiden kehittämistä ja säilyttämistä toivottiin. Asukkaiden palaute Oma Lahti -illoista oli erittäin myönteistä, mutta osa osallistujista suhtautui epäillen todellisiin vaikutusmahdollisuuksiinsa. Myös haastatellut asiantuntijat olivat tyytyväisiä työpajoihin, ja samankaltaista konseptia on tarkoitus käyttää myös seuraavalla yleiskaavakierroksella. Tutkimuksen perusteella kaupunki sai runsaasti käyttökelpoista kokemusperäistä tietoa työpajoista, ja sitä on myös onnistuttu hyödyntämään osana yleissuunnittelua. Asukkailta saatua tieto näkyy konkreettisesti esimerkiksi yleiskaavakartalla ja kaavaselostuksessa, jonne on merkitty näkyvästi työpajoissa esiin nousseita teemoja. Oma Lahti -aineistoa on käytetty pohjatietona myös muussa osallistumisessa, ja sen hyödyntäminen jatkuu edelleen. Tiedon käytettävyydessä on kuitenkin ollut haasteita esimerkiksi teknisten ongelmien ja hitaasti muuttuvan toimintakulttuurin vuoksi. Haasteita on ollut myös jälkiviestinnässä, ja asukkaat ovat saattaneet jäädä epätietoisiksi osallistumisensa tuloksista ja vaikuttavuudesta. Jatkuva yleiskaavaprosessi tarjoaa kuitenkin mahdollisuuden säännölliseen osallistumiseen ja edistää osallistumismahdollisuuksien näkyvyyttä ja tunnettuutta asukkaiden keskuudessa. Julkisen hallinnon ja suunnittelijoiden kannalta jatkuva prosessi tuo näkyvämmin esiin kokemuksellista tietoa ja tarjoaa paremmat edellytykset toimintakulttuurin muutokseen.
  • Westström, Alex (2015)
    Majorana quasiparticles are zero-energy modes theorised to exist at the boundaries of topological superconductors. Due to their topological protection and non-Abelian exchange statistics, Majorana quasiparticles have in recent years garnered much interest within the condensed matter community as a promising platform for fault tolerant quantum computing. To this end, theorists constantly attempt to come up with new experimentally feasible models that can host these quasiparticles. In this thesis, we investigate a recent proposal for realising an effective topological superconductor with Majorana quasiparticles, namely the helical Shiba chain. The system consists of a one-dimensional array of magnetic impurities deposited on a conventional superconductor, such that the overall magnetic texture is helical. A single impurity hosts a bound electron state with an energy within the superconducting gap. For many impurities, these so called Shiba states hybridise and form energy bands, that for a certain range of parameters support topological superconductivity and Majorana bound states at the ends of the chain. Prior to this work, the Shiba chain has only been studied in the deep-dilute limit where the energies of the individual Shiba states are assumed to be very close to the centre of the gap, and the magnetic impurities are placed sufficiently far away from each other as to keep the resulting bands deep within the gap. By re-expressing the problem in terms of a non-linear eigenvalue equation, we go beyond this limit and extend the study of the topological properties of the Shiba chain to a novel domain of experimental interest -- a domain which has until now remained unexplored. We compare our results with previous work and observe an agreement between our more general theory and the deep-dilute limit in the expected parameter regime. However, qualitative differences emerge when the coherence length of the underlying superconductor becomes very large.
  • Pöyhönen, Kim (2015)
    Topological superconductors, combining the principles of topology and condensed-matter physics, are a new field which has seen much progress in the past two decades. In particular, they are theorized to support Majorana bound states, a type of quasiparticle with several interesting properties – most notably, they exhibit nonabelian exchange statistics, which has applications in fault tolerant quantum computing. During the past few years, several groups have observed effects in topological superconductors indicating that an experimental confirmation of their existence may be imminent. Recently experimental focus has been on ferromagnetic systems with spin-orbit coupling, serving as the motivation for our research. In this thesis, we study the topological properties of a system consisting of magnetic adatoms implanted on a two-dimensional superconducting substrate with Rashba spin-orbit coupling. Starting from the mean-field Bogoliubov-de Gennes Hamiltonian, we derive a nonlinear eigenvalue problem describing the system, generalizing previous results which considered a linearized version. In the reciprocal space, we obtain a transcendental equation for the energy of the system. Through numerical solution of these equations in the limit of long coherence length we obtain the topological phase diagram of the system. We further analyse the spatial decay of the Majorana wavefunctions as well as the dependence of their energy splitting on the length of the adatom chain. As an application, we study a prototype topological qubit constructed by intersecting two one-dimensional adatom chains to obtain a cross-shaped geometry that supports two pairs of Majorana bound states. The design allows for braiding of the individual quasiparticles, providing a possible platform for experimental verification of their nonabelian exchange statistics. Using numerical methods, we simulate moving the topological phase boundaries to enact a braid of two Majorana bound states and calculate the system energy for each step. We find that throughout the process the zero-energy modes are separated from the bulk states by a finite energy gap, as required for adiabatic braiding.