Browsing by Issue Date

Sort by: Order: Results:

Now showing items 1-20 of 306
  • Kaipiainen, Maria (2015)
    Yksi Loviisan ydinvoimalassa käytetyistä dekontaminointimenetelmistä on CORD-menetelmä. Dekontaminoinnin seurauksena syntyy jäteliuosta, jota käsitellään haihdutus- ja ioninvaihtomenetelmiä käyttäen. Käsittelyn jälkeen jäteliuoksen suolapitoisuus on korkea ja sen sisälttämien radioaktiivisten nuklidien, esimerkiksi 60Co:n, 63Ni:n, 54Mn:n ja 55Fe:n, erotusta varten tarvitaan tehokkaita puhdistusmenetelmiä. Nikkeli on yksi pitkäikäisistä radionuklideista, jotka ylläpitävät jätteiden korkeaa aktiivisuustasoa satoja vuosia jätteen syntyhetkestä lähtien. Nikkelin poisto jäteliuoksesta voisi pienentää huomattavasti loppusijoitettavan jätteen määrää. Tästä syystä nikkelin erotus on mielenkiintoinen tutkimusaihe. Fotokatalyysi on yksi mahdollisista menetelmistä, jota voidaan hyödyntää ydinjätteiden käsittelyssä. Fotokatalyysi on prosessi, jossa katalyytin ja ultraviolettisäteilyn avulla hajotetaan liuoksen sisältämät orgaaniset aineet yksinkertaisiksi ja haitattomiksi yhdisteiksi. Prosessissa käytetty katalyytti, useimmiten titaanidioksidi (TiO2), absorboi ultraviolettisäteilyä ja muodostaa hydroksyyli-radikaaleja, jotka ovat voimakkaita hapettimia. Orgaaniset aineet hajotetaan radikaalien avulla ja lopuksi nuklidit erotetaan ioninvaihdolla. Tämän pro gradu -työn tavoitteena oli kehittää nikkelin tehokas erotusmenetelmä Loviisan ydinvoimalan haihdutinjäteliuoksesta. Työn tarkoituksena oli testata erilaisia sorbentti-materiaaleja ja löytää niistä selektiivisin ioninvaihdin nikkelille. Työssä keskityttiin tinaoksidipohjaisiin materiaaleihin ja tutkittiin niiden sorptio- sekä fotokatalyyttiset ominaisuudet natriumnitraattiliuoksessa ja Loviisan haihdutinjäteliuoksen simulanttiliuoksessa. Puhtaan tinaoksidin ja fotokatalyyttisen hapetuksen yhdistelmällä saavutettiin lähes 100 %:nen nikkelin erotus yksinkertaistetusta natriumnitraattiliuoksesta. Menetelmän tehokkuus laski, kun liuoksen koostumus vaihtui monimutkaisemmaksi. Työssä todettiin, että tutkittu puhdas tinaoksidi on tehokkaampi sorbentti kuin kaupallinen Degussa-titaanioksidi yksinkertaisessa natrium-nitraattiliuoksessa. Tutkitun tinaoksidimateriaalin kolloidista liukenemista todettiin pH:n ollessa yli 8, mikä rajoittaa materiaalin käyttöä. Koeliuoksen pH vaikutti myös fotokatalyysiprosessin tehokkuuteen. Emäksisessä pH:ssa tinaoksidien fotokatalyyttinen tehokkuus nikkelin erotuksessa oli korkeampi kuin neutraalissa pH:ssa simulanttiliuoksessa. Lisäksi työssä todettiin, että oksalaatin läsnäolo koeliuoksessa häiritsi nikkelin sorptiota sorbentin pinnalle natriumnitraattiliuoksessa, mutta ei simulanttiliuoksessa. Koeliuoksen oksalaattipitoisuuden nostaminen laski fotokatalyysin tehokkuutta. Nikkelin fotokatalyyttinen erotus oksalaattia sisältävässä liuoksessa vaati pitkää säteilytysaikaa, mikä ei ole suotavaa ydinvoimalan jäteliuosten käsittelyssä.
  • Overton, Philip (2015)
    The acid-triggered formation of Silica-Polyelectrolyte (S–PE) nanocomposites prepared by condensation of poly(silicic acid) (PSA) in the presence of polyelectrolytes in aqueous solution is presented. Poly(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate) (PDMAEMA) and block copolymers of DMAEMA and oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate (OEGMA) were synthesized by Reversible Addition Fragmentation chain Transfer (RAFT) polymerization and fulfilled the role of weak polyelectrolytes used in S–PE composite formation. The strong polyelectrolyte poly(methacryloxyethyl trimethylammonium iodide) (PMOTAI) is prepared by quaternization of PDMAEMA. Quaternization of P(DMAEMA-block-OEGMA) is also achieved. The effect of polyelectrolyte strength, the OEGMA block and the polymer molecular weight on the formation of S–PE composites is assessed with respect to S–PE composites prepared using the PDMAEMA homopolymer. Water-dispersible and precipitate S–PE particles are prepared and analysed by Dynamic Light Scattering (DLS), Thermogravimetric Analysis (TGA) and Scanning Electron Microscopy (SEM). The size of the prepared water-dispersible S–PE composites is presented as a function of the solution pH at which the composite formation was achieved. Recent developments in the synthesis of silica-polymer nanocomposites and polymeric hybrids containing silicon are discussed. RAFT and Atom Transfer Radical Polymerization (ATRP) are presented as effective techniques for the synthesis of well-defined polymers used in the preparation of polymeric hybrids containing silicon. This research was conducted under the supervision of Dr. Vladimir Aseyev and MSc Erno Karjalainen in the Polymer Chemistry Laboratory of the University of Helsinki. The reported work was achieved within the wider aims of the ERA.Net RUS project entitled Bioinspired Synthesis of Silica Materials and Nanocomposites Based on Smart Polymers as Matrices, also known as SILICAMPS.
  • Otama, Liisa (2015)
    Optiset isomeerit ovat fysikaalisilta ja kemiallisilta ominaisuuksiltaan ovat yhtenevät, mutta niiden biologiset ominaisuudet voivat poiketa toisistaan huomattavasti. Isomeerien analysointi onkin siksi tärkeä osa narkoottisten yhdisteiden tutkimusta. Usein toinen enantiomeereistä ei aikaansaa elimistössä toivottua vaikutusta ja siten sen muodostumista halutaan kontrolloida jo synteesivaiheessa. Toisaalta, joskus epätoivottu enantiomeeri saattaa olla haitallinen ja siksi sen pitoisuutta esimerkiksi lääkeaineessa kontrolloidaan lailla. Myös kiraalisten huumausaineiden analytiikassa on tärkeää selvittää näytteessä vallitsevana oleva enantiomeeri. Syklodekstriinejä käytetään yleisesti hyödyksi enantiomeerien analytiikassa. Ne ovat syklisiä oligosakkarideja, jotka muodostuvat tyypillisesti kuudesta kahdeksaan glukopyranoosiyksiköstä. Syklodekstriinien rakenne muodostaa onttoa katkaistua kartiota, jonka ulkopuoli on sisäpuolta hydrofiilisempi. Hydrofiilisen ulkokuoren ansiosta natiivit syklodekstriinit ovat suhteellisen vesiliukoisia. Hydrofobinen sisäosa puolestaan on omiaan sitomaan analyyttien hydrofobisia osia joko kokonaan tai osittain muodostaen syklodekstriini-analyytti –inkluusiokompleksin. Luonnossa esiintyvät α-, β- ja γ-syklodekstriinit ovat varauksettomia mutta lisäämällä näihin varauksellisia funktionaalisia ryhmiä voidaan varausta muuttaa. Syklodekstriinien käyttö kiraalisessa kapillaarielektroforeesissa perustuu niiden kykyyn muodostaa enantiomeerien kanssa inkluusiokomplekseja. Tavallisimmin syklodekstriinit lisätään suoraan taustaelektrolyyttiin, jolloin enantiomeerit voidaan erottaa päällystämättömällä kapillaarilla. Kapillaarielektrokromatografiassa kiraaliset selektorit kuitenkin sidotaan yleensä stationaarifaasiin. Inkluusiokompleksin muodostuessa enantiomeerien elektroforeettinen liikkuvuus joko nopeutuu tai hidastuu, riippuen kompleksin ja syklodekstriinin varauksesta sekä systeemin polariteetista, jolloin ne saadaan erotetuksi toisistaan.. Kokeellisessa tutkimuksessa kehitettiin menetelmä metorfaanienantiomeerien erottamiseksi kiraalisella kapillaarielektroforeesilla käyttäen syklodekstriiniselektoreita. Dekstrometorfaani on yleinen lääkeaine esimerkiksi yskänlääkkeissä, kun taas levometorfaani on luokiteltu huumeeksi. Menetelmällä saavutettiin erinomainen kiraalinen resoluutio analyysiajan jäädessä alle yhdeksään minuuttiin.
  • Mäkelä, Mikko (2015)
    Grafeeni ja grafeenioksidi ovat kaksiulotteisia hiilimateriaaleja. Grafeeni koostuu pääosin sp2-hybridisoituneista hiiliatomeista. Grafeenioksidissa sp2-hybridisoituneiden hiiliatomien verkkoon on kiinnittynyt happea sisältäviä funktionaalisia ryhmiä ja osa hiiliatomeista on siten sp3-hybridisoituneita. Grafeenia voidaan erotella grafiitista erilaisin menetelmin tai valmistaa atomi kerrallaan. Grafeenioksidin valmistuksessa grafiitti hapetetaan esimerkiksi kloraateilla. Sekä grafeenia että grafeenioksidia voidaan muokata kovalenttisesti tai supramolekulaarisesti. Muokkauksella tavoitellaan usein materiaalin parempaa käsiteltävyyttä tai uudenlaisen toiminnallisuuden, kuten katalyyttisen aktiivisuuden tai sensoriominaisuuksien, saavuttamista. Katalyyttisissä prosesseissa muokkaamattoman grafeenin ja grafiitin sovelluksia ei ole monia. Sen sijaan grafeenioksidia on käytetty happokatalyytin tavoin sekä hapettimena monissa kemiallisissa prosesseissa, kuten alkyynien hydrauksissa, bentsyylialkoholien hapetuksessa aldehydiksi ja amiinien hapettavassa kytkennässä. Aktiivihiili on kolmiulotteinen huokoinen grafiitin kaltainen materiaali. Siitä on mahdollista valmistaa eri tavoin hapettuneita aktiivihiiliä typpihapon tai kuningasveden avulla. Hapetusolosuhteet vaikuttavat paljon syntyvän tuotteen funktionaalisten ryhmien jakaumaan. Eri tavoin valmistetuilla aktiivihiilillä on myös toisistaan poikkeava katalyyttinen aktiivisuus 2-aryyli-indolien homokytkentäreaktiossa.
  • Xu, Yaya (2015)
    We show that the embedding of a matrix game in a mechanistic population dynamical model can have important consequences for the evolution of how the game is played. In particular, we show that because of this embedding evolutionary branching and multiple evolutionary singular strategies can occur, which is not possible in the conventional theory of matrix games. We show that by means of the example of the hawk-dove game.
  • Söderström, Sara (2015)
    Itämeren Ancylusjärveen kerrostuneissa sedimenteissä esiintyy rautamonosulfidiraitoja. Raitojen alkuperä on ollut tutkimuksen kohteena jo pitkään, sillä muodostuakseen rautamonosulfidi tarvitsee sulfaattia, jota on makeassa vedessä yleisesti hyvin vähän. Tällä hetkellä onkin kiistanalaista, missä vaiheessa nämä raidat ovat syntyneet. Syntytavasta on esitetty kaksi eri teoriaa, joista ensimmäisen mukaan raidat olisivat syntyneet vasta murtovesivaiheessa, jolloin sulfaattirikki olisi bakteerien toiminnan seurauksena muuttunut rikkivedyksi ja diffundoitunut alla olevaan rautapitoiseen järvisedimenttiin. Tämä olisi johtanut rautamonosulfidin muodostumiseen suunnilleen samalle syvyydelle järvisedimentissä laajalla alueella. Toisen teorian mukaan jokin, esimerkiksi suolapulssi, olisi käynnistänyt rikkiä metabolisoivien mikrobimattojen voimakkaan kasvun jo Itämeren järvivaiheen aikana. Orgaaninen aines olisi ylläpitänyt mikrobitoimintaa hautautuneissa matoissa, johtaen lopulta niiden korvautumiseen rautamonosulfidilla. Tämä syntytapa olisi johtanut Fe-monosulfidin laikuittaiseen esiintymiseen järvisedimentissä. Tämä tutkimus perustuu kolmeen läntiseltä Suomenlahdelta kairattuun sedimenttinäytesarjaan. Sarjoja tutkittiin sekä visuaalisesti että näytesarjoista otettujen röntgenkuvien avulla. Näytesarjat korreloitiin toisiinsa hehkutushäviö- ja suskeptibiliteettikäyrien avulla, jonka jälkeen Fe-monosulfidiraitojen jatkuvuutta näytesarjasta toiseen seurattiin. Näytteistä tehtiin myös pintahieet, joiden avulla tutkittiin rautasulfidimineraalien mineralogiaa sekä kiteytymisjärjestystä. Petrografisten tutkimusten perusteella rautamonosulfidiraidoissa esiintyy pääasiassa framboidista pyriittiä sekä euhedrisia pyriittikiteitä. Framboidinen pyriitti tarvitsee muodostuakseen rauta(II)sulfidista ja rikkivedystä voimakkaasti ylikylläisen liuoksen sekä avoimen huokostilan. Tästä johtuen on todennäköistä, että framboidinen pyriitti on kiteytynyt lähellä sedimentin pintaa, eli Itämeren järvivaiheen aikana ennen sedimentin tiivistymistä. Euhedrinen pyriitti puolestaan muodostui myöhemmässä vaiheessa diffuusion seurauksena. Myös näytesarjojen korrelointitulokset viittaavat tähän syntytapaan, sillä ainoastaan yksi rautamonosulfidiraita näyttäisi jatkuvan kaikissa kolmessa näytesarjassa.
  • Lahtinen, Aki (2015)
    Fuusioreaktiossa kaksi kevyttä ydintä yhtyy yhdeksi raskaammaksi ytimeksi ja samalla vapautuu energiaa. Fuusioreaktio tarvitsee tapahtuakseen hyvin korkean lämpötilan, minkä seurauksena aine on olomuodoltaan plasmaa. Esimerkiksi fuusioreaktoreissa käytettäväksi suunniteltu vedyn isotooppien deuteriumin ja tritiumin välinen reaktio vaatii tapahtuakseen plasman kuumentamista yli 100 miljoonan kelvinin lämpötiloihin. Tutkituin fuusioreaktorimalli on tokamak, jossa kuumaa plasmaa hallitaan toruksen muotoisessa kammiossa voimakkaiden magneettikenttien avulla. Plasmaa koossapitävästä magneettikentästä huolimatta plasmasta karkaa hiukkasia, jotka lopulta osuvat kammion pinnoille. Yksi tapa kammion pintoihin kohdistuvan lämpö- ja hiukkasvuon pienentämiseksi on suihkuttaa kammioon epäpuhtausatomeja tai -molekyylejä jäähdyttämään reunaplasmaa. Typpi on osoittautunut kiinnostavaksi vaihtoehdoksi tähän tehtävään. Typen kulkeutuminen ja kertyminen reaktorikammion sisällä vaatii kuitenkin vielä lisätutkimuksia. Typen harvinainen isotooppi 15N tarjoaa mahdollisuuden tutkia näitä kysymyksiä. Tyypillisesti tämä tehdään merkkiainekokeiden avulla, jolloin reaktorikammioon suihkutetaan valittua merkkiainetta tunnetuissa olosuhteissa ja kokeen jälkeen selvitetään merkkiaineen jakauma reaktorikammion pinnoilla. Tässä työssä keskityttiin seinätiiliin, jotka on irrotettu ASDEX Upgrade -fuusioreaktorista (AUG) vuosien 2010-2011 koekampanjan jälkeen. Kyseisen koekampanjan lopussa suoritettiin 15N-merkkiainekoe. Työssä tutkittiin tiilistä porattujen näytteiden 15N-pitoisuuksia lentoaika-rekyylianalyysilla (Time Of Flight Elastic Recoil Detection Analysis, TOF-ERDA), ydinreaktioanalyysilla (Nuclear Reaction Analysis, NRA) ja sekundääri-ionimassaspektrometrialla (Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS). Vertailun vuoksi tutkittiin myös 15N:llä implantoituja testinäytteitä. Tutkielman alkuosassa esitellään lyhyesti tokamak-fuusioreaktorin toimintaa, plasman vuorovaikutusta reaktorin seinämän kanssa, typen käyttöä fuusioreaktoreissa, merkkiainekokeita sekä käytetyt mittausmenetelmät. Tutkielma loppuosa keskittyy suoritettuihin mittauksiin, niiden analyysiin ja tuloksiin sekä johtopäätöksiin. Tulosten perusteella mittausmenetelmien välillä on merkittäviä eroja AUG-näytteiden kohdalla, kun taas implantoiduille näytteille erot menetelmien välillä ovat pienet. Erot johtuvat todennäköisesti AUG-näytteiden epätasaisesta pintarakenteesta, minkä seurauksena typen jakauma näytteiden pintakerroksissa vaihtelee. TOF-ERDA:lla tutkittiin näytteistä mahdollisimman sileää pintaa luotettavan analyysin onnistumiseksi. NRA-mittauksissa protonisuihku kohdistui näytteen keskelle suuremmalle pinta-alalle. Suureen alueeseen sisältyy myös karkeampia kohtia, joihin merkkiaineen kertyminen on sileää pintaa suurempaa. Tämän seurauksena NRA:lla saadaan selvästi suurempia tuloksia 15N:n pintatiheydelle kuin TOF-ERDA:lla. Kvadrupolimassaspektrometrissa ilmenneiden ongelmien vuoksi SIMS-mittauksia suoritettiin vain yksi, minkä vuoksi optimaalisten asetusten löytäminen 15N:n mittaamiseen SIMS:llä vaatii vielä lisätutkimuksia.
  • Forsell, Marianne (2015)
    Tämä pro gradu -tutkielma käsittelee pallogeometriaa. Pallogeometria on yksi epäeuklidisista geometrioista, sillä se ei noudata jokaista viittä Eukleideen postulaattia, joihin tasogeometria tuloksineen perustuu. Työn alkupuolella käsitellään tarkemmin paralleelipostulaattia, joka on erottava tekijä euklidisen ja epäeuklidisen geometrian välillä. Pallogeometrian osuus aloitetaan pallon määritelmällä, josta siirrytään isoympyrän määritelmään. Isoympyrän käsite on hyvin oleellinen tässä tutkielmassa esitettyjen lauseiden ja tulosten kannalta. Tutkielmassa esitellään lisäksi pallokolmion, napakolmion ja pallokulman määritelmät. Pallokolmion sivut muodostuvat isoympyrän kaarista ja pallokulmankin käsite liittyy hyvin läheisesti isoympyrään. Pallokulman suuruus voidaan nimittäin laskea isoympyrän kaaren pituutena. Tutkielmassa esitellään myös kolmioepäyhtälö pallokolmioille sekä hieman yllättäväkin tulos siitä, että pallokolmion kulmien summa ei ole vakio. Se on suurempi kuin tasokolmion kulmien summa, mutta pienempi kuin 540 asetta. Tämän tutkielman lopussa käsitellään pallokolmioiden yhdenmuotoisuuslauseita. Tasokolmion yhdenmuotoisuuslauseet ovat yleistettävissä pallokolmioille, mutta pallokolmioille on olemassa myös yhdenmuotoisuuslause, joka ei päde tasogeometrian kolmioille. Kyseinen lause esitellään ja todistetaan tässä tutkielmassa. Lisäksi tutkitaan peilauksen aiheuttamaa eroavaisuutta tasogeometrian ja pallogeometrian yhdenmuotoisuudessa. Tutkielman viimeisenä aiheena esitellään pallokolmion pinta-alan määritelmä sekä tarkastellaan isoympyröiden ja pallon halkaisijan rajoittamaa pallokappaletta – lunea.
  • Harju, Miija (2015)
    Tässä tutkielmassa käsitellään kuution kahdentaminen ja kulman kolmijako, jotka ovat geometrian konstruktio-ongelmia. Kuution kahdentamisessa tulee muodostaa kuutio, jonka tilavuus on kaksinkertainen annettuun kuutioon verrattuna. Kulman kolmijaossa tulee mielivaltainen kulma jakaa kolmeen yhtä suureen osaan. Molemmat ongelmat ovat osoittautuneet mahdottomiksi harpin ja viivaimen avulla. Jos kuitenkin sallitaan käyttää muita matemaattisesti tarkkoja välineitä ongelmat saadaan ratkaistua. Kuution kahdentamisen ja kulman kolmijaon tutkimisessa lähdetään liikkeelle geometrisen konstruoinnin sääntöjen määrittelemisestä. Toisessa luvussa käydään läpi yksityiskohtaisesti perustuloksia harpin ja viivaimen käytöstä. Näiden tulosten avulla määritellään peruskonstruktiot ja luvun konstruoituvuus. Koska tutkittavien ongelmien mahdottomuuden osoittaminen vaatii algebran kuntateorian tuloksia, määritellään kolmannessa luvussa geometrisen konstruktion tuloksia algebran näkökulmasta. Näiden avulla saadaan määriteltyä välttämätön ja riittävä ehto luvun konstruoitumiselle. Neljäs luku käsittelee työn oleellisimmat tulokset eli todistukset kuution kahdentamisen ja kulman kolmijaon mahdottomuuteen. Ennen todistuksia käydään läpi tärkeimmät kohdat historiasta antiikin Kreikan ajalta 1800–luvulle, jolloin ongelmat saatiin osoitettua mahdottomiksi. Lisäksi historiaosuudessa käsitellään seuraavassa luvussa esiteltävien laajennettujen konstruktioiden historiaa. Kuution kahdentamisen mahdottomuuden todistuksessa osoitetaan, ettei lukua kuutiojuuri 2 voida konstruoida. Mielivaltaisen kulman kolmijaon mahdottomuuden osoittamiseksi riittää löytää yksi kulma, jota ei voida kolmijakaa. Tässä tapauksessa tutkimme 60° kulmaa, jolloin konstruoituvaksi luvuksi muodostuu cos(20°). Viimeinen luku käsittelee laajennettuja konstruktioita, joissa sallitaan perinteisten harpin ja viivaimen lisäksi muiden välineiden ja menetelmien käyttö. Luvussa esitellään useita konstruktioita, joissa käydään läpi niiden käyttö konstruktio-ongelmissa ja todistukset niiden toimivuudesta. Luultavasti kaikkein klassisin menetelmä on neusis-konstruktio, jossa viivaimeen voidaan tehdä merkintöjä. Muut esiteltävät konstruktiot ovat merkittäviä niiden historian tai konstruktioiden yksinkertaisuuden takia.
  • Broas, Jessica (2015)
    Mapping trees with remote sensing data has been under focus in many studies and many methods have been developed and tested using different kinds of data. Airborne laser scanning (ALS) gives the possibility to investigate vegetation heights and has thus been recently used in many vegetation mapping studies. The objective of this study was to test feasibility of mapping aboveground biomass (AGB) of trees using ALS data and individual tree detection methods. By recognizing individual trees from the ALS data, it is possible to map the tree AGB on a detailed level. The study focused on trees outside forests in the study area, which is situated in the Taita Hills, Kenya. The agriculture and agroforestry in the study area mostly consist of small-holder farming. The purpose was to determine a method that would enable examination of tree biomass on a farm scale. The individual tree detection enables mapping at this scale. The data acquired for this study was high pulse density (9.6 pulses/m²), small footprint, discrete return ALS data. It enables the detection of individual trees based on a high-resolution canopy height model. The processing of the ALS data was done with free software which does not require expensive licensing. For estimating AGB of the individually recognized trees, a prediction model was developed. For developing the prediction model, ground measurements and biomass estimates were needed. The biomass of the ground measured trees was estimated using non-destructive method employing allometric equations. The ground measurements from 77 sample plots of 0.1 ha size were used. A total number of 554 trees were used in the analysis. The tree measurements included diameter at breast height, tree height, crown diameter and species. Mean wood densities were defined on the basis of the species from the online databases and literature. The ground measurements were gathered at the same time as the remote sensing data was acquired. The mean tree AGB for the agricultural and agroforestry areas within the study area were estimated as 23.8 ± 4.2 Mg/ha. The individual tree detection method resulted in a detection rate (correctly identified trees) of 50.1 % and produced 49.9 % omission errors and 36.8 % commission errors. A regression model was developed to estimate AGB for the ALS detected trees. The derived model produces RMSE of 163 kg and bias of 5.75 kg per tree. The correlation between the predicted biomass values and field estimates was 0.659 on the individual tree level and 0.847 when assessed on the plot-level. The individual tree detection method and the derived biomass prediction model was used to map the biomass of individual trees for an area of 9 km² within the study area. The estimated mean biomass for the area was 11.4 Mg/ha. The results show that the use of ALS data and ITD methods can provide good opportunities to map AGB within the Taita Hills agricultural and agroforestry environment on farm scale. With the method presented in this study the individual tree AGB values would be somewhat biased, but on plot-level the estimation accuracy is better. This means that for individual farms that are at least 1 ha in size, the ALS estimated AGB values would be quite good even though somewhat underestimated, and could be used as basis of payment in possible future ecosystem services payment schemes. The AGB estimates accuracies can still be improved by refining the ITD method, for example by analysis of different ALS metrics or by combining ALS data with other remote sensing data.
  • Törmä, Anniina (2015)
    Meteorologin rooli ja sään ennustaminen ovat tekniikan ja numeeristen säämallien kehittymisen takia muuttuneet ajan kuluessa. Sään ennustaminen on aina vain enemmän tekniikan ja meteorologin yhteistyötä. Jatkuvasti paranevat numeeriset säämallit ovat tulevaisuudessa meteorologin tärkein työkalu, mutta meteorologin intuitiota, kokemusta, tietoja ja taitoja ei koneella voida korvata. Hyvä meteorologi tunnistaa tilanteet milloin ja miten lisäarvoa pystyy tuottamaan. Meteorologia tarvitaan tulevaisuudessa, jos hän pystyy tuomaan lisäarvoa numeerisiin ennusteisiin. Tämän tutkimuksen tavoitteena on selvittää tuottaako meteorologi sääennustetta laadittaessa ennusteelle merkittävää ja oleellista lisäarvoa, ja onko lisäarvon tuotto riippuvainen säätyypeistä ja vuodenajoista. Tutkimusosassa käytetään Ilmatieteen laitoksen verifiointi- ja luotausaineistoa. Käytössä ovat vuorokauden ylimmät ja alimmat lämpötilahavainnot vuosilta 2010-2013 Jokioisista ja Sodankylästä. Lisäarvoa tutkitaan vertaamalla havaintoja sekä meteorologin ennusteeseen ja HIRLAM:in ja ECMWF:n malliennusteisiin. Tutkimuksessa selviää, että meteorologi tuo Ilmatieteen laitoksella vuosina 2010-2013 merkittävästi lisäarvoa numeerisiin ensimmäisen vuorokauden lämpötilaennusteisiin. Meteorologin osuvuus on 5,9 % numeerisia säämalleja parempi. Lisäarvon tuottoon vaikuttaa vuodenaika, ennustettava muuttuja, sijainti sekä säätyyppi. Tutkimuksessa selviää, että vuodenajalla on enemmän merkitystä meteorologin tuomaan lisäarvoon kuin säätyypillä. Meteorologin lisäarvo on sitä suurempi, mitä enemmän säämallilla on vaikeuksia. Säämalleille vaikeita tilanteita ovat esimerkiksi talven minimilämpötilojen ennustaminen inversiotilanteissa. Eniten lisäarvoa syntyy säämallista riippuen keväällä tai kesällä. Eri virtaussuunnilla lisäarvon tuotto on helpointa kaakkoisvirtauksen vallitessa. Vähäisintä se on virtauksen käydessä koillisesta. Ilmanpaineen suhteen tarkasteltuna lisäarvon tuotto pienenee, kun ilmanpaine pienenee.
  • Hussain, Afaque (2015)
    Web Real Time Communication (WebRTC) is a project that aims to enable plug-in free, real time communications across multiple web-browsers. With WebRTC enabled web-browsers, users can make direct browser to browser audio calls, video calls or transfer arbitrary data. In a simple network with no Network Address Translation (NAT), firewalls or HTTP-proxies, WebRTC appli- cations work well without any problems. But in the real world, the networks are complex and clients are usually behind NAT, firewalls and (or) HTTP proxies. Introduction of such network middle boxes creates problems for WebRTC media flow, leading to a failure in WebRTC call establishment. WebRTC uses Interactive Connectivity Establishment (ICE) framework to work around the prob- lems posed by these middle boxes. ICE uses a combination of Session Traversal Utilities for NAT (STUN) and Traversal Using Relays around NAT (TURN) depending on the network configuration and tries to give the WebRTC media the best possible chance to traverse these middle boxes. A TURN server is required to relay the WebRTC media between peers when STUN methods fail. In this work, we evaluate the different network configurations in which WebRTC peers can be present and how the WebRTC connectivity problem can be solved using the ICE framework, when peers are present in such network configurations. We also evaluate the TURN server for its computational, memory and bandwidth requirements for relaying different types of WebRTC calls.
  • Kilponen, Simo (2015)
    Tutkielmassa tarkastellaan semi-Markov-prosessin hyödyntämistä keskeyttämistapahtuman mallintamiseksi vapaaehtoisessa henkivakuutuksessa. Vakuutetun riskin kehitys mallinnetaan monitilaisena semi-Markov-prosessina ja keskeyttämisintensiteetti määritellään tähän pohjautuvan vakuutusmaksun ja klassisen henkivakuutusteorian mukaisen vakuutusmaksun funktiona. Keskeyttämisintensiteetti asetetaan riippumaan lisäksi lineaarisesti keskeyttämisherkkyydeksi tulkitusta vakiosta. Numeerisena esimerkkinä simuloidaan vakuutuskannan kehitystä eri keskeyttämisherkkyyksin ja tarkastellaan aktiivisen kannan koostumusta simulointijakson jälkeen.
  • Telkamo, Mikko Kalevi (2015)
    Tässä tutkielmassa käsitellään differentiaaliyhtälöiden opettamista lukion matematiikan syventävänä kurssina sekä matemaatiikkaohjelmisto GeoGebran käyttöä differentiaaliyhtälöiden opetuksen apuna. Alussa on lukijalle tarkoitettu kertaus differentiaaliyhtälöiden määritelmästä, sekä separoituvien ja lineaaristen yhtälöiden määritelmät ja ratkaisutavat. Luvun tavoitteena on kerrata differentiaaliyhtälön perusteet lukijalle, joka on opiskellut aihetta jo aiemmin. Lisäksi se on tarpeeksi kattava, jotta lukija, joka ei ole aiemmin opiskellut differentiaaliyhtälöitä, pystyy seuraamaan tutkielman sisältöä. Vaikka differentiaaliyhtälöt eivät kuulu lukion matematiikan vaatimuksiin, sitä opetetaan Suomessa joissakin lukioissa erikoiskurssina tai matematiikkalinjan syventävänä aiheena. Siksi tässä tutkielmassa tarkastellaan Helsingin matematiikkalukiossa laadittua ja käytettyä differentiaaliyhtälön materiaalia. Tarkastelussa katsotaan, miten differentiaaliyhtälön perusaiheet esitetään lukiolaisyleisölle, ja millaisia havaintoja kokoelman kirjoittaja on aiheesta tehnyt. Tämän jälkeen tutkielmaan kuuluu itse laadittu differentiaaliyhtälöiden oppikokonaisuus lukiolaiselle. Käytännössä siinä käydään tutkielman alussa esitetyt differentiaaliyhtälöiden perusasiat läpi tavalla, jolla lukiolainen pystyisi sitä tulkitsemaan. Sen mallina on käytetty aiemmin tarkasteltua oppimateriaalia sekä olemassa olevia lukion oppikirjoja muista matematiikan aiheista. Tämän jälkeen tutkielma esittelee GeoGebra-ohjelman sekä sen soveltuvuuden differentiaaliyhtälöiden opetukseen. Tämä on kaksivaiheinen esittely: ensiksi selitetään ohjelman toiminnot, jotka soveltuvat differentiaaliyhtälön ratkaisuun ja tarkasteluun. Seuraavassa luvussa tarkastellaan yleisemmin, mitä etuja GeoGebra tarjoaa differentiaaliyhtälöiden opetukselle. Siinä painotetaan erityisesti visuaalista puolta, jonka ohjelma lisää aiheen opetukseen, ja joka usein puuttuu tavallisessa oppimateriaalissa. Tutkielman lopussa on lyhyt tehtävälomake aiempien lukujen tueksi. Sen on tarkoitus olla sopiva tehtäväpaketti, jonka voisi antaa lukiolaiselle, joka on opiskellut edellä esitetyn differentiaaliyhtä- löiden kokonaisuuden, sekä ohjeet, miten käyttää GeoGebraa näiden yhtälöiden ratkaisemiseen.
  • Honkanen, Ari-Pekka (2015)
    Röntgensäteily on monipuolinen modernin materiaalitieteen tutkimusmenetelmä, jolla voidaan tutkia aineen rakennetta makroskooppisesta kokoluokasta aina atomitasolle asti. Tunnetuimpia röntgensäteilyn sovelluksista ovat erilaiset kuvantamismenetelmät, mutta säteilykentän kvantittuminen mahdollistaa myös aineen viritystilojen ja siten sen rakenneosasten keskinäisten vuorovaikutusten tutkimisen. Diffraktio on yleiskäsite ilmiöille, joissa aaltoliike vaikuttaa taipuvan jonkin kohteen vaikutuksesta interferenssin vuoksi. Röntgendiffraktiosta puhuttaessa tarkoitetaan yleensä röntgensäteilyn diffraktiota järjestyneestä aineesta. Säteilyn interferenssistä johtuen röntgensäteilyn diffraktoituminen kiteestä on mahdollista vain tietyillä aallonpituuksien ja sirontakulmien yhdistelmillä. Tämä mahdollistaa röntgensäteilyn monokromatisoinnin ja kohdistamisen esimerkiksi yhtenäiskiteillä, mitä voidaan hyödyntää röntgenspektroskopiassa. Nykyään parhaimman energian erotuskyvyn röntgenspektrometrit perustuvat röntgensäteilyn diffraktioon kiteistä. Kidespektrometri voidaan toteuttaa usealla eri tavalla, joista monet hyödyntävät taivutettuja kiteitä. Eräs yleisesti käytetty kidespektrometrityyppi perustuu niin kutsuttuun Johannin geometriaan, missä tutkittava säteily monokromatisoidaan ja kohdistetaan ilmaisimelle kidekiekolla, joka on taivutettu pallopinnalle. Vaikka Johannin geometria ei ole ideana uusi, pallotaivutettujen analysaattorien heijastusominaisuuksien teoreettinen ymmärrys on ollut viime aikoihin asti puutteellista. Tässä opinnäytetyössä johdetaan lineaarisesta lujuusopista lähtien analyyttinen lauseke pallotaivutetun kidekiekon venymäkentälle ja käytetään sitä yhdessä dynaamisen diffraktioteorian kanssa analysaattorin röntgenheijastusominaisuuksien laskemiseksi. Teorian ennusteita verrataan kahdesta eri piianalysaattorityypistä kokeellisesti määritettyihin heijastuskäyriin. Ennustettujen ominaisuuksien todettiin vastaavan mittaustuloksia erinomaisesti. Teorian lisäksi työssä esitellään siihen pohjautuva, röntgenilmaisimen paikkaherkkyyttä hyödyntävä mittausmenetelmä, jolla on mahdollista parantaa kidespektrometrin energian erotuskykyä menettämättä kuitenkaan näytteestä sironnutta säteilyä. Menetelmän toimivuutta on havainnollistettu sekä simuloidulla että mitatulla röntgenspektridatalla, missä kummassakin tapauksessa saavutettiin tekijän kaksi parannus energian erotuskyvyssä. Teoria ja mittausmenetelmä on julkaistu alan vertaisarvioidussa lehdessä artikkeleissa [J. Synchrotron Radiat. 21:104–110, 2014] ja [J. Synchrotron Radiat. 21:762–767, 2014].
  • Peltomäki, Ella (2015)
    Tutkielmassa tarkastellaan röntgenemissioon perustuvan PIXE-menetelmän soveltuvuutta arkeologisten näytteiden tutkimukseen ja alkuaineanalyysin toteuttamiseen. Esimerkkitutkimuksena esitellään otteita nuorakeraamiselta ajalta peräisin olevien keramiikkanäytteiden analysoinnista. Keramiikan lisäksi tutkielma esittelee monipuolisesti erilaisia arkeologian tutkimuskohteita sekä kyseisten kohteiden tekniikalle asettamia haasteita ja vaatimuksia. Arkeologisen tutkimuksen piiriin kuuluvat muun muassa erilaiset keramiikka- ja metalliesineet, kuten myös maalaukset, pergamentit ja vanhat postimerkit. Erilaisten kohteiden tutkimukseen on olemassa erilaisia PIXE-sovelluksia, kuten fokusoidut ionisuihkut sekä ulkoinen hiukkassuihku, jotka mahdollistavat jopa hyvin hauraiden ja kooltaan vaihtelevien näytteiden tutkimuksen. Kyseisten sovellusten lisäksi tutkielmassa esitellään lyhyesti muita tekniikoita, joiden käyttö on mahdollista joko PIXE-menetelmän rinnalla tai itsenäisesti vastaavanlaisissa mittauksissa. Erilaisia absorbaattoreita käyttämällä voidaan säädellä tutkimustulosten tarkkuutta ja luotettavuutta PIXE-mittausten yhteydessä. Kokeellisen tutkimuksen osalta tutkielmassa keskitytään erityisesti absorbaattorin valintaan sekä näytteen varauskertymän merkitykseen mittaustulosten kannalta. Myös spektrin analysointia ja piikkien tunnistusta tarkastellaan analysointiin soveltuvian ohjelmiston, AXIL:n avulla.
  • Palmgren, Elina (2015)
    Varhaisen maailmankaikkeuden kiihtyvän laajenemisen ajanjaksoa kutsutaan kosmologiseksi inflaatioksi. Uskotaan, että tätä kiihtyvää laajenemista ajoi inflatoniksi kutsuttu skalaarikenttä, joka yksinkertaisimmissa malleissa “vieri” hitaasti (slow-roll) potentiaalissaan. Yksinkertaisen mallin laajennoksena tarkastelemme käsilläolevassa työssä inlflaatiota, josta vastaavan kentän vieriminen sen sijaan on nopeaa (fast-roll). Inflaatio jätti jälkeensä tiheysvaihteluita, perturbaatioita, joiden tavallisesti ajatellaan syntyneen inflatonikentän kvanttifluktuaatioista. Nopeasti vierivän inflatonikentän tapauksessa näiden perturbaatioiden kehitys saattaa poiketa huomattavasti yksinkertaisempien mallien perturbaatioevoluutiosta. Perturbaatioiden kehitykseen saattoivat vaikuttaa inflatonin lisäksi myös muut varhaisen maailmankaikkeuden kvanttikentät. Tässä työssä tarkastelemme tilannetta, jossa osa perturbaatioista on peräisin inflatonikentän fluktuaatioista ja osa kurvatoniksi kutsutusta skalaarikentästä. Tällaista mallia kutsutaan sekoitusmalliksi (mixed model). Varhaisen maailmankaikkeuden tutkimuksen kannalta on oleellista pystyä arvioimaan, kuinka suuri osa havaittavista perturbaatioista antaa meille tietoa suoraan inlatonin dynamiikasta ja kuinka suuri osa taas muista ilmiöistä. Inflaatiomallien muotoilemisen kannalta inflatonin vapauttaminen havaintojen antamista usein hieman epäluonnollisista rajoitteista antaa uusia mahdollisuuksia kehittää entistä uskottavampia malleja. Tutkielmassa esittelemme lyhyesti niin tavallisen inflaatio- kuin kurvatonimallinkin sekä tarkastelemme analyyttisesti perturbaatioiden kehitystä sekoitusmallissa sekä nopean vierimisen inflaatiossa. Työn tutkimuksellinen osuus koostuu perturbaatioevoluution sekä inflatoni- ja kurvatonidynamiikan numeerisesta tarkastelusta näissä erikoistapauksissa.
  • Enckell, Vera-Maria (2015)
    Pro gradu –tutkielmassa tarkastellaan pääasiassa hiukkasfysiikan standardimallin mukaisen Higgsin skalaarikentän stokastista käyttäytymistä inflaation aikana. Tavoitteena on tutkia inflaation aikana kenttään syntyneiden, kvanttimekaanista alkuperää olevien perturbaatioiden vaikutusta kentän inflaation aikaiseen kehitykseen. Koska Higgsin kentän potentiaali tunnetaan standardimallin puitteissa hyvin, on kentän inflaation aikainen kehitys mahdollista selvittää. Perusongelma on, että potentiaaliin syntyy mahdollinen epästabiilisuusalue, jossa sen arvo laskee jyrkästi kaukana kentän nykyisestä arvosta. Tämä alue on inflaation aikana saavutettavissa helposti perturbaatioiden myötä. Haluttaisiin, että todennäköisyys universumille olla nykyisessä tilassaan ei kuitenkaan olisi herkkä inflaation asettamille alkuehdoille. Tämä vaatii, etteivät syntyneet Higgsin kentän perturbaatiot aja kenttää potentiaalin epästabiilisuusalueelle, josta sen on mahdotonta palata takaisin. Kun Higgsin kenttään inflaation aikana syntyneet perturbaatiot ovat tarpeeksi suuria, tulee kentän kehitystä tarkastella statistisesti paikan suhteen. Tähän liittyen tutkielmassa johdetaan stokastisen lähestymistavan mukaiset liikeyhtälöt sekä keskimääräiselle Higgsin kentälle yhdessä horisonttialueessa että kentän todennäköisyystiheydelle eri horisonttialueiden ensemblen suhteen. Stokastista lähestymistapaa hyödyntäen todetaan Higgsin kentän olevan inflaation aikana kevyt. Tällöin nähdään kentän perturbaatioiden suuruuden olevan suoraan verrannollinen inflaation energiaskaalaan. Lisäksi formalismia sovelletaan arvioitaessa kentän päätymistä potentiaalihuipulta nykyiseen minimiinsä sekä käsiteltäessä mahdollisesti syntyneiden epästabiilisuusalueiden kehitystä. Pienten perturbaatioiden rajalla tutkielmassa tarkasteltiin myös tunneloitumista vaihtoehtoisena tapana päätyä potentiaalin epästabiilisuusalueelle. Tunneloitumistodennäköisyys lasketaan Colemanin ja de Luccian semiklassissessa approksimaatiossa. Tunneloitumista tarkastellaan niin Minkowskin avaruudessa kuin myös yleistäen Minkowskin avaruuden tulokset inflaation aikaisen de Sitter -avaruuden tapaukseen. Syntyneiden potentiaalin epästabiilisuusalueiden havaitaan vastaavan geometrialtaan anti de Sitter-avaruutta. Tutkielmassa tarkastellaan myös näiden alueiden kehitystä inflaation jälkeen. Kaikkiaan tutkielma luo katsauksen tämän hetkiseen tutkimukseen Higgsin kentän tilasta inflaation aikana. Potentiaalin lisäksi kehityksen määrää inflaation energiaskaala, jonka suuruutta ei ole kokeellisesti pystytty vielä mittaamaan. Koska suurten perturbaatioiden rajalla Higgsin kentän päätyminen nykyiseen potentiaaliminimiinsä ei ole todennäköistä inflaation jälkeen, näyttäisi nykyisten standardimallin parametrien mittausten perusteella uuden fysiikan ilmeneminen välttämättömältä potentiaalin stabilisoimiseksi.
  • Pönni, Arttu (2015)
    The AdS/CFT correspondence is the first realization of the holographic principle. The holographic principle makes the bold statement that in a theory of quantum gravity all information in a region of spacetime can be completely described by information on its boundary. This would make the universe in certain sense a hologram, as our spacetime and everything in it could be described by some fundamental degrees of freedom living on the boundary of spacetime. Gauge/gravity dualities realize the holographic principle by stating that string theory in ten-dimensional spacetime and certain gauge field theories living on its boundary can be equivalent descriptions of the same physics. The AdS/CFT correspondence was the first one of these dualities to be discovered. The correspondence equates type IIB string theory on $AdS_5\times S^5$ with $\mathcal{N}=4$ super Yang-Mills theory living on four-dimensional Minkowski space, which is the boundary of five-dimensional anti-de Sitter space, $AdS_5$. In this thesis, we first briefly review the necessary theoretical components, which are combined in the correspondence. Then, the AdS/CFT correspondence is motivated by considering the low energy limit of string theory in a spacetime with a stack of coincident D3-branes. The third part of this work is dedicated to the study of the properties and dynamics of the anti-de Sitter bulk. A black hole solution with an asymptotically AdS background is discussed along with its thermodynamics, and the connection with the dual field theory is emphasized. Then we present a model for a collapsing shell in AdS space and solve its dynamics. The black hole state, which the collapsing shell approaches corresponds to thermal equilibrium in the dual field theory. Lastly, we consider our shell model in the context of the AdS/CFT correspondence and present a method for computing two-point correlation functions on the field theory side. This method is then used to compute retarded correlators in a two-dimensional CFT in finite temperature. We are able to reproduce previous results obtained using different computational methods, following a seminal work of Son and Starinets.
  • Ruuth, Riikka (2015)
    Electrical breakdowns occasionally occur near the first walls of fusion reactor chambers and the accelerating cavities of linear colliders, such as CLIC. These arcing events are localised plasma discharges, which are formed under high voltage electrical fields. Vacuum arcs cause various surface damage on the fusion reactor and linear accelerator structures. The surface damage, most significantly craters, have been studied experimentally, but the mechanism of the formation of this damage is still not clear. In this thesis we use the large-scale molecular dynamics simulations to study crater formation on Cu surface. We used ion irradiation to model the arcing events, where plasma ions are accelerated via the shield potential towards the metal surface. This ion irradiation causes multiple overlapping cascades in Cu surface, what can lead to the crater formation. The main goal was to be able to produce surface damage, which is identical to experimental results. Our results are divided to three categories. First we examined which are initial conditions needed to form experimental like craters. The electric field emission current accompanying the plasma discharge process, most likely, is to heat the sample locally to very high temperatures. Therefore we tested molten and solid structures at different temperatures, as well as different scenarios of cooling of the sample via electronic heat conduction. Second, we examined how different variables, such as the fluence of the ions, the energy flux or the potential model, affect on the crater shape. These results were compared with the experimental crater profiles in order to find out reasonable values. We also analysed how the volume of the produced crater depends on fluence. Our third part of investigation was not actually concentrated on the surface damage, but on dislocations and other damage under the surface. We again studied how different parameters affect on the results. We compared the simulations by calculating the number and ratio of non-FCC atoms in the bulk. The fluence dependency of the defects was studied as well.