Liikuntaharrastusten luonnonvarojen kulutuksen arviointi MIPS-menetelmällä

Tutkielmassa tarkastellaan liikuntaharrastusten luonnonvarojen kulutusta MIPS (material input per service unit, suom. materiaalipanos palvelusuoritetta kohden) -menetelmällä. MIPS-menetelmä perustuu ekotehokkuusajatteluun ja sen tavoitteena on suhteuttaa tuotteen tai palvelun elinkaaren aikainen luonnonvarojen kulutus siitä saatavaan palveluun. Tässä tutkimuksessa tarkastellaan liikuntaharrastusten materiaalivirtoja erilaisissa liikuntapaikoissa yhden henkilön harrastetuntia kohden. Tarkasteltavia liikuntapaikkoja ovat kevyen liikenteen väylä, kuntorata, liikuntasali ja -halli, jäähalli, uimahalli, kuntokeskus sekä lämmitetty ja lämmittämätön tekonurmikenttä. Tutkielman laskelmat perustuvat pääosin tapaustutkimuksiin suomalaisista liikuntapaikoista. Laskelmissa on huomioitu liikuntapaikalle matkustaminen, liikuntapaikan rakentaminen sekä sen ylläpito ja käyttö. Tarkasteltujen liikuntaharrastusten abioottisten luonnonvarojen kulutus vaihteli 1,7 28 kg:n välillä yhden henkilön harrastetuntia kohden. Abioottisten luonnonvarojen kulutukseen vaikutti eniten liikuntapaikalle matkustaminen. Tarkastelluista liikuntaharrastuksista eniten abioottisia luonnonvaroja ja ilmaa kulutti uimahallissa uiminen. Kuntoradoilla ja kevyen liikenteen väylillä harrastettavien ulkoilulajien MIPS-luvut olivat alhaisimmat. Liikuntaharrastukset erosivat toisistaan eniten veden kulutuksessa, jonka MIPS-luvut vaihtelivat 40 ja 1400 kg:n välillä. Korkein veden MIPS-luku oli jäähallissa tapahtuvalla liikunnalla. Ilman kulutus liikuntaharrastuksissa oli 0,1 6,2 kg harrastetuntia kohden. Tulosten perusteella liikuntaharrastusten luonnonvarojen kulutusta voitaisiin tehokkaimmin vähentää kulkemalla liikuntapaikalle henkilöauton sijaan julkisilla kulkuneuvoilla ja hyödyntämällä lähiympäristön tarjoamia liikuntapaikkoja. Myös liikuntapaikkojen kävijämäärien maksimoiminen on tärkeää harrastetunnille kohdistuvien materiaalivirtojen pienentämiseksi. Tutkielma on toteutettu osana FIN-MIPS Kotitalous tutkimushanketta.

Innovatiivisuuden yhteys elintarvikealan pienyrityksen tuotestrategiaan ja laatukäsitykseen

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää pienten elintarvikeyritysten innovatiivisuutta ja sen yhteyttä yrityksen strategisiin toimintoihin. Yritysten erilainen suhtautuminen innovaatioihin ja uusia tuotteita kohtaan pyrittiin esittämään yrityksen eri taustatekijöiden kuten toimialan, resurssien, tuotestrategian ja uusien elintarvikkeiden laatukäsityksen kautta. Teoriaosassa käytiin läpi innovaatioteorioita ja innovaation käsitettä elintarvikealalla. Kirjallisuuden avulla tuotiin esiin yrityksen innovatiivisuuden mittaamiseen käytettyjä menetelmiä. Innovaatioteorian rinnalle nostettiin uusien elintarvikkeiden laatukäsitys ja tuotteen laatu, joiden avulla, kirjallisuuteen pohjautuen, tarkasteltiin elintarviketta tuoteinnovaationa. Empiirinen osa tutkimuksessa kerättiin yrityksille lähetettynä postikyselynä syksyllä 2005. Vastanneita yrityksiä oli 59, jotka olivat suomalaisia elintarvikkeita jalostavia yrityksiä. Kysely muodostui osioista esitiedot, uuden elintarvikkeen ominaisuudet, innovatiivisuus ja tuotestrategia. Yritysten ulkopuoliselle kuluttajaryhmälle (n=97) tehtiin myös kysely liittyen elintarvikkeen laatuun. Yritykset jaettiin kahteen eri ryhmään innovatiivisuuden perusteella ja ryhmien sisältöä tarkasteltiin yritysten elintarviketoimialan, tuotestrategian ja laatukäsityksen näkökulmasta. Ryhmiksi muodostuivat kasvuhaluiset innovoijat (n=24) ja perinteiset kehittäjät (n=25). Uuden elintarvikkeen 22 laatuominaisuudesta kehitettiin uuden elintarvikkeen laatumittaristo hyödyntämällä faktori- ja reliabiliteettianalyysiä. Laatumittaristo muodostui kuudesta eri ulottuvuudesta: ulkonäkö, tunne, käytettävyys, terveydellisyys, hygienia-aistittava laatu ja prosessilaatu. Laatumittarin avulla verrattiin kasvuhaluisten innovoijien ja perinteisten kehittäjien laatukäsitystä. Merkitsevä ero muodostui laadun terveydellisyys-ulottuvuuden arvostuksessa. Tutkimustulosten perusteella elintarvikealan pienyritysten toimialakentällä on strategisesti erilaisia yrityksiä. Kasvuhaluiset innovoijat olivat tuoteorientoituneita, joiden tuotestrategia tähtäsi kasvuun ja tuotteet olivat uutuusasteeltaan korkeita erikoistuotteita. Yritysryhmien innovatiivisuuteen vaikuttavana tekijänä oli yrityksen koko. Kooltaan kasvuhaluiset innovoijat olivat suurimmaksi osaksi mikroyrityksiä (2 - 9 hlöä). Innovatiivisuuden voi katsoa liittyvän yrityksen tiettyyn kasvuhaluiseen vaiheeseen, jolloin myös yritys ajattelee markkinasuuntautuneisemmin. Tuotteiden uudet mahdollisuudet luoda kasvua koetaan tärkeämmiksi kuin kasvuvaiheen ohittaneissa yrityksissä. Tutkimus tukee käsitystä, että innovatiiviset yritykset käyttävät enemmän ulkoista markkinainformaatiota hyväkseen.

Palvelumenojen muutokset lapsiperheissä 1990-luvulla

Tämän tutkielman tarkoituksena on ollut tarkastella lapsiperheiden palveluihin käytettyjen kulutusmenojen muutoksia 1990-luvulla. Tavoitteena on ollut selvittää poikkesiko yhden ja kahden huoltajan talouksien palvelumenojen muutokset toisistaan. Aineistona on käytetty Tilastokeskuksen kulutustutkimuksista tehtyä aikasarjaa 1990-1998. Vertailut kotitaloustyyppien välillä on tehty aina kulutusyksikköä kohden. Palvelumenoja on selvitetty ensin kokonaisuudessaan ja sen jälkeen palveluryhmittäin. Osa palveluryhmistä on jaettu vielä edelleen kahteen osaan. Tutkimus osoitti, että lapsiperheiden palvelumenoissa tapahtui muutoksia. Palvelumenot laskivat yhden ja kahden huoltajan talouksissa vuodesta 1990 vuoteen 1994/96, jonka jälkeen palvelumenot kääntyivät kahden huoltajan talouksissa kasvuun. Yhden huoltajan talouksissa palvelumenot laskivat edelleen vuotta 1998 kohden. Palveluryhmittäisessä tarkastelussa voitiin havaita, että muutokset palvelumenoissa olivat tavallisesti lapsiperheissä saman suuntaisia. Yhden huoltajan talouksissa muutokset olivat tavallisesti jyrkempiä. Palvelumenoissa 1990-luvun alussa olleet tasoerot yhden ja kahden huoltajan talouksien välillä myös säilyivät lähes samana vuosikymmenen loppuun saakka. Kotitalouden tuotantoteoriasta johdettiin tutkimusta varten taustateoreettinen viitekehys, jossa kuvataan kotitalouksien vaihtoehtoisia tapoja tuottaa perushyödykkeitä. Johtopäätöksinä havaittiin teorian soveltuvan palvelumenojen muutosten kuvaamiseen. Kotitalouksien toiminnan kannalta vaihtoehtoisia tapoja tuottaa perushyödykkeitä on oltava, jotta tarpeet saataisiin tyydytetyksi erilaisissa taloudellisissa olosuhteissa. Tutkielman tulokset ovat yleisesti ottaen yhteneviä aikaisempien lapsiperheitä koskevien tutkimusten tulosten kanssa. Avainsanat: lapsiperhe, palvelumeno, muutos, 1990-luku

Water-ethanol mixtures by molecular dynamics and x-ray Compton scattering

Water-ethanol mixtures are commonly used in industry and house holds. However, quite surprisingly their molecular-level structure is still not completely understood. In particular, there is evidence that the local intermolecular geometries depend significantly on the concentration. The aim of this study was to gain information on the molecular-level structures of water-ethanol mixtures by two computational methods. The methods are classical molecular dynamics (MD), where the movement of molecules can be studied, and x-ray Compton scattering, in which the scattering cross section is sensitive to the electron momentum density. Firstly, the water-ethanol mixtures were studied with MD simulations, with the mixture concentration ranging from 0 to 100%. For the simulations well-established force fields were used for the water and ethanol molecules (TIP4P and OPLS-AA, respectively). Moreover, two models were used for ethanol, rigid and non-rigid. In the rigid model the intramolecular bond lengths are fixed, whereas in the non-rigid model the lengths are determined by harmonic potentials. Secondly, mixtures with three different concentrations employing both ethanol models were studied by calculating the experimentally observable x-ray quantity, the Compton profile. In the MD simulations a slight underestimation in the density was observed as compared to experiment. Furthermore, a positive excess of hydrogen bonding with water molecules and a negative one with ethanol was quantified. Also, the mixture was found more structured when the ethanol concentration was higher. Negligible differences in the results were found between the two ethanol models. In contrast, in the Compton scattering results a notable difference between the ethanol models was observed. For the rigid model the Compton profiles were similar for all the concentrations, but for the non-rigid model they were distinct. This leads to two possibilities of how the mixing occurs. Either the mixing is similar in all concentrations (as suggested by the rigid model) or the mixing changes for different concentrations (as suggested by the non-rigid model). Either way, this study shows that the choice of the force field is essential in the microscopic structure formation in the MD simulations. When the sources of uncertainty in the calculated Compton profiles were analyzed, it was found that more statistics needs to be collected to reduce the statistical uncertainty in the final results. The obtained Compton scattering results can be considered somewhat preliminary, but clearly indicative of the behaviour of the water-ethanol mixtures when the force field is modified. The next step is to collect more statistics and compare the results with experimental data to decide which ethanol model describes the mixture better. This way, valuable information on the microscopic structure of water-ethanol mixtures can be found. In addition, information on the force fields in the MD simulations and on the ability of the MD simulations to reproduce the microscopic structure of binary liquids is obtained.

Puutarhakasvien talvehtiminen Manner-Suomen ilmastossa - nyt ja tulevaisuudessa

Tämä työ käsittelee Suomen ilmastoa puutarhakasvien näkökulmasta painopisteen ollessa lämpöilmastollisissa piirteissä ja kasvien talvehtimiseen liittyvissä tekijöissä. Työssä esitellään puutarhakasvien, erityisesti monivuotisten puuvartisten kasvien selviytymiseen vaikuttavia tekijöitä, ja näiden pohjalta kartoitetaan ilmastollisia olosuhteita eri puolilla Suomea viimeisen noin viiden vuosikymmenen ajalta. Lisäksi pyritään arvioimaan tuleville vuosikymmenille ennustetun lämpenemisen aiheuttamia muutoksia Suomen puutarhatuotannon menestymismahdollisuuksissa. Nykyilmaston osalta tarkastelu perustuu vuosien 1960-2006 päivittäisiin lumi- ja lämpötilahavaintoihin kymmenellä havaintopaikalla lounaisrannikolta Koillismaalle. Puutarhakasvien kannalta hyödyllisiä ja haitallisia ilmaston piirteitä pyrittiin kuvaamaan erilaisilla indekseillä, ns. kynnystapahtumien ajankohdilla ja erinäisten raja-arvojen ylittymisillä. Tulevaisuuden jaksojen 2010-39 ja 2040-69 osalta tilannetta tarkasteltiin A2- ja B1-skenaariossa. Työssä käytettiin ns. delta-menetelmää, missä 19 ilmastomallin keskiarvona saadut arviot kuukausikeskilämpötilojen noususta lisättiin havaintopaikkojen päivittäisiin vuosien 1971-2000 lämpötilahavaintoihin. Olosuhteet puutarhakasvien menestymiselle vaihtelevat paljon tarkastelussa olleella kolmelle kasvimaantieteelliselle vyöhykkeelle sijoittuvalla alueella. 1990-luvun alusta lisääntyneet leudot talvet näkyvät hyvin talvehtimisoloja kuvaavissa muuttujissa. Toisaalta havaintopaikkojen pienilmastolliset tekijät korostuvat erityisesti alueiden hallatilanteita tarkasteltaessa. Tulevaisuuden osalta monien puutarhakasvien talven selviytymisedellytyksiin vaikuttavien tekijöiden voidaan odottaa yleisesti parantuvan ilmaston lämmetessä, tosin Suomen ilmastossa pakkasvahinkojen riski on silti olemassa. Toisaalta entisestään leudontuvat talvet lämpöjaksoineen tulevat lisäämään mahdollisuutta kasvien kylmänkestävyyden heikkenemisestä aiheutuville ongelmille. Myöhäisten hallojen esiintymisen aiheuttamat vahingot riippuvat niitä edeltäneen ajan kasvuolosuhteista. Tällöin kasvukauden alun ajankohdassa, sen alkupuolen lämpimyydessä ja hallojen esiintymisen ajankohdassa tapahtuvien muutosten nettovaikutus ratkaisee myöhäisten hallatilanteiden kukinnalle muodostavan riskin tulevaisuudessa. Tästä ei saatu yksiselitteisiä tuloksia tämän tutkimuksen puitteissa, sillä hallariskiä kuvaavan indeksin käyttäytyminen oli varsin epämääräistä.

Entsymaattisen hydrolyysin vaikutuksista mikrokiteisen selluloosan rakenteeseen

Cellulose can be used as a renewable raw material for energy production. The utilization requires degradation of cellulose into glucose, which can be done with the aid of enzymatic hydrolysis. In this thesis, various x-ray methods were used to characterize sub-micrometer changes in microcrystalline cellulose during enzymatic hydrolysis to clarify the process and factors slowering it. The methods included wide-angle x-ray scattering (WAXS), small-angle x-ray scattering (SAXS) and x-ray microtomography. In addition, the samples were studied with transmission electron microscopy (TEM). The studied samples were hydrolyzed by enzymes of the Trichoderma reesei species for 6, 24, and 75 hours, which corresponded to 31 %, 58 %, and 68 % degrees of hydrolysis, respectively. Freeze-dried hydrolysis residues were measured with WAXS, SAXS and microtomography, whereas some of them were re-wetted for the wet SAXS and TEM measurements. The microtomography measurements showed a clear decrease in particle size in scale of tens of micrometers. In all the TEM pictures similar cylindrical and partly ramified structures were observed, independent of the hydrolysis time. The SAXS results were ambiguous and partly imprecise, but showed a change in the structure of wet samples in scale of 10-30 nm. According to the WAXS results, the degrees of crystallinity and the crystal sizes remained the same. The gained results support the assuption, that the cellulosic particles are hydrolyzed mostly on their surface, since the enzymes are unable to penetrate into the nanopores of wet cellulose. The hydrolysis therefore proceeds quickly in easily accessible particles and leaves the unaccesible particles almost untouched. The structural changes observed in the SAXS measurements might correspond to slight loosening of the microfibril aggregates, which was seen only in the wet samples because of their different pore structure.

What kind of data would ascertain real periodicity in the terrestrial impact crater record

Maan törmäyskraaterien ikäjakauman mahdollinen ajallinen jaksollisuus on herättänyt laajaa keskustelua sen jälkeen, kun ilmiö ensimmäistä kertaa raportoitiin joukossa arvostettuja tieteellisiä artikkeleita vuonna 1984. Vaikka nykytiedon valossa on kyseenalaista perustuuko havaittu jaksollisuus todelliseen fysikaaliseen ilmiöön, on kuitenkin mahdollista, että jaksollisuus on todella olemassa ja se voitaisiin havaita laajemmalla ja tarkemmalla törmäyskraateriaineistolla. Tutkimuksessa luotiin simuloidut kraaterien ajalliset tiheys- ja kertymäfunktiot tapauksille, jossa kraaterit syntyvät joko täysin jaksollisella tai satunnaisella prosessilla. Näiden kahden ääritapauksen lisäksi luotiin jakaumat myös kahdelle niiden yhdistelmälle. Nämä mallit mahdollistavat myös erilaisten kraaterien iänmäärityksen epätarkkuuksien huomioonottamisen. Näistä jakaumista luotiin eri pituisia simuloituja kraaterien ikien aikasarjoja. Lopulta simuloiduista aikasarjoista pyrittiin Rayleigh'n menetelmän avulla etsimään jakaumassa ollutta jaksollisuutta. Tutkimuksemme perusteella ajallisen jaksollisuuden havaitseminen kraateriaikasarjoista on lähes mahdotonta mikäli vain yksi kolmasosa kraatereista on jaksollisen ilmiön aiheuttamia, vaikka nykyistä kraateriaineistoa laajempi ja tarkempi aineisto olisi tulevaisuudessa saatavilla. Mikäli kaksi kolmasosaa meteoriittitörmäyksistä on jaksollisia, sen havaitseminen on mahdollista, mutta vaatii huomattavasti tämän hetkistä kattavamman kraateriaineiston. Tutkimuksen perusteella on syytä epäillä, että havaittu kraaterien ajallinen jaksollisuus ei ole todellinen ilmiö.

Kaksikertasironnan simulointi

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.

Shokkikiihdytys Auringon koronassa

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.

Multiangular Spectrometry and Optical Properties of Debris Covered Surfaces

Due to the recent development in CCD technology aerial photography is now slowly changing from film to digital cameras. This new aspect in remote sensing allows and requires also new automated analysis methods. Basic research on reflectance properties of natural targets is needed so that computerized processes could be fully utilized. For this reason an instrument was developed at Finnish Geodetic Institute for measurement of multiangular reflectance of small remote sensing targets e.g. forest understorey or asphalt. Finnish Geodetic Institute Field Goniospectrometer (FiGIFiGo) is a portable device that is operated by 1 or 2 persons. It can be reassembled to a new location in 15 minutes and after that a target's multiangular reflectance can be measured in 10 - 30 minutes (with one illumination angle). FiGIFiGo has effective spectral range approximately from 400 nm to 2000 nm. The measurements can be made either outside with sunlight or in laboratory with 1000 W QTH light source. In this thesis FiGIFiGo is introduced and the theoretical basis of such reflectance measurements are discussed. A new method is introduced for extraction of subcomponent proportions from reflectance of a mixture sample, e.g. for retrieving proportion of lingonberry's reflectance in observation of lingonberry-lichen sample. This method was tested by conducting a series of measurements on reflectance properties of artificial samples. The component separation method yielded sound results and brought up interesting aspects in targets' reflectances. The method and the results still need to be verified with further studies, but the preliminary results imply that this method could be a valuable tool in analysis of such mixture samples.

Noncommutative Gravitation as a Gauge Theory of Twisted Poincaré Symmetry

Gravitaation kvanttiteorian muotoilu on ollut teoreettisten fyysikkojen tavoitteena kvanttimekaniikan synnystä lähtien. Kvanttimekaniikan soveltaminen korkean energian ilmiöihin yleisen suhteellisuusteorian viitekehyksessä johtaa aika-avaruuden koordinaattien operatiiviseen ei-kommutoivuuteen. Ei-kommutoivia aika-avaruuden geometrioita tavataan myös avointen säikeiden säieteorioiden tietyillä matalan energian rajoilla. Ei-kommutoivan aika-avaruuden gravitaatioteoria voisi olla yhteensopiva kvanttimekaniikan kanssa ja se voisi mahdollistaa erittäin lyhyiden etäisyyksien ja korkeiden energioiden prosessien ei-lokaaliksi uskotun fysiikan kuvauksen, sekä tuottaa yleisen suhteellisuusteorian kanssa yhtenevän teorian pitkillä etäisyyksillä. Tässä työssä tarkastelen gravitaatiota Poincarén symmetrian mittakenttäteoriana ja pyrin yleistämään tämän näkemyksen ei-kommutoiviin aika-avaruuksiin. Ensin esittelen Poincarén symmetrian keskeisen roolin relativistisessa fysiikassa ja sen kuinka klassinen gravitaatioteoria johdetaan Poincarén symmetrian mittakenttäteoriana kommutoivassa aika-avaruudessa. Jatkan esittelemällä ei-kommutoivan aika-avaruuden ja kvanttikenttäteorian muotoilun ei-kommutoivassa aika-avaruudessa. Mittasymmetrioiden lokaalin luonteen vuoksi tarkastelen huolellisesti mittakenttäteorioiden muotoilua ei-kommutoivassa aika-avaruudessa. Erityistä huomiota kiinnitetään näiden teorioiden vääristyneeseen Poincarén symmetriaan, joka on ei-kommutoivan aika-avaruuden omaama uudentyyppinen kvanttisymmetria. Seuraavaksi tarkastelen ei-kommutoivan gravitaatioteorian muotoilun ongelmia ja niihin kirjallisuudessa esitettyjä ratkaisuehdotuksia. Selitän kuinka kaikissa tähänastisissa lähestymistavoissa epäonnistutaan muotoilla kovarianssi yleisten koordinaattimunnosten suhteen, joka on yleisen suhteellisuusteorian kulmakivi. Lopuksi tutkin mahdollisuutta yleistää vääristynyt Poincarén symmetria lokaaliksi mittasymmetriaksi --- gravitaation ei-kommutoivan mittakenttäteorian saavuttamisen toivossa. Osoitan, että tällaista yleistystä ei voida saavuttaa vääristämällä Poincarén symmetriaa kovariantilla twist-elementillä. Näin ollen ei-kommutoivan gravitaation ja vääristyneen Poincarén symmetrian tutkimuksessa tulee jatkossa keskittyä muihin lähestymistapoihin.

Sademääräsimulaatiot ENSEMBLES-hankkeen alueellisissa ilmastomalleissa

Alueellisten ilmastomallien vaakasuuntainen erottelukyky on globaaleja malleja huomattavasti tarkempi, minkä vuoksi niillä on useita käyttökohteita ilmastonmuutoksen vaikutusten arvioinnissa. Tässä Pro Gradu – työssä tutkittiin alueellisten ilmastomallien tuottamia sademääräsimulaatioita sekä sadehavaintoaineistoja Euroopassa. Aineistona käytettiin ENSEMBLES-hankkeen tarjoamia 10 alueellista ilmastosimulaatiota, kahta hilamuotoista havaintoaineistoa sekä Ilmatieteen laitoksen sadeasemahavaintoja. Aineisto oli päiväkohtaista. Vuositasolla ilmastomallit ovat pääsääntöisesti sademäärää yliennustavia, mutta harha vaihtelee alueiden ja vuodenaikojen kesken. Osa tästä harhasta selittyy kuitenkin sillä, että havaintoaineistoihin sisältyy tyypillisesti sademäärän mittaustapahtumasta aiheutuva virhe. Alueellisten simulaatioiden harha pyritään minimoimaan kun halutaan kvantifioida tulevaisuuden sademääriä ilmastomallitulosten avulla. Tutkimuksessa sovellettiin tähän tarkoitettua empiiristä korjausmenetelmää tapauskohtaisella testialueella Suomessa. Korjausmenetelmä huomioi sadetapahtumien harhan niiden intensiteetin mukaan, jolloin se periaatteessa soveltuu paremmin myös rankkasateiden korjaamiseen. Korjausmenetelmässä harhan riippuvuus sadetapahtuman intensiteetistä oletetaan skenaariojaksolla samaksi kuin vertailujaksolla. Edellytyksenä korjausmenetelmän käytölle on se, että sadetapahtumien intensiteettijakauma simulaatioaineistoissa on kohtuullisen lähellä havaittua jakaumaa. Korjausmenetelmä parantaa sademäärän vuodenaikaiskeskiarvoja tarkastelualueella vertailujaksolla, vuoden kokonaissadekertymän harhan suuruus aineiston keskiarvossa on vain 7 mm. Koska sadetapahtumien intensiteettijakauma muuttuu simulaatioissa vertailu- ja skenaariojaksojen välillä, korjausmenetelmä vaikuttaa kuitenkin sademäärän muutoksen suuruuteen. Lisäksi menetelmän vaikutus sademäärän muutokseen jakautuu epätasaisesti sadetapahtuman intensiteetistä riippuen: menetelmä pienentää rankkasateiden kertymien muutosta, mutta kasvattaa sitä tavallisten sadetapahtumien osalta. Rankkasadetapahtumien erilliskäsittely korjausmenetelmässä aiheuttaa sen, että korjatusta sadetapahtumien intensiteettijakaumasta tulee epäjatkuva riippumatta siitä, mikä tarkastelujakso on kyseessä. Tässä työssä käytetty korjausmenetelmä ei ole ainoa laatuaan, perinteisesti mallitulosten korjaamiseen on käytetty vakiokertoimiin perustuvaa menetelmää kaikille sadetapahtumille. Korjausmenetelmien testaaminen on monien sovellusten kannalta tärkeää, mutta parhaan menetelmän löytäminen ei ole yksiselitteisen helppoa. Globaaleihin malleihin verrattuna alueellisten ilmastomallien ja korjausmenetelmien käyttö aiheuttavat molemmat ylimääräisen epävarmuuslähteen ilmastosimulaatioihin.

Tietokonetomografialaitteen annosmittauksissa käytettävän ionisaatiokammion kalibrointi

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.

The Spin-Statistics Relation and Noncommutative Quantum Field Theory

The efforts of combining quantum theory with general relativity have been great and marked by several successes. One field where progress has lately been made is the study of noncommutative quantum field theories that arise as a low energy limit in certain string theories. The idea of noncommutativity comes naturally when combining these two extremes and has profound implications on results widely accepted in traditional, commutative, theories. In this work I review the status of one of the most important connections in physics, the spin-statistics relation. The relation is deeply ingrained in our reality in that it gives us the structure for the periodic table and is of crucial importance for the stability of all matter. The dramatic effects of noncommutativity of space-time coordinates, mainly the loss of Lorentz invariance, call the spin-statistics relation into question. The spin-statistics theorem is first presented in its traditional setting, giving a clarifying proof starting from minimal requirements. Next the notion of noncommutativity is introduced and its implications studied. The discussion is essentially based on twisted Poincaré symmetry, the space-time symmetry of noncommutative quantum field theory. The controversial issue of microcausality in noncommutative quantum field theory is settled by showing for the first time that the light wedge microcausality condition is compatible with the twisted Poincaré symmetry. The spin-statistics relation is considered both from the point of view of braided statistics, and in the traditional Lagrangian formulation of Pauli, with the conclusion that Pauli's age-old theorem stands even this test so dramatic for the whole structure of space-time.

Quality of ALICE SSD modules revealed by electrical tests

ALICE (A Large Ion Collider Experiment) is an experiment at CERN (European Organization for Nuclear Research), where a heavy-ion detector is dedicated to exploit the unique physics potential of nucleus-nucleus interactions at LHC (Large Hadron Collider) energies. In a part of that project, 716 so-called type V4 modules were assembles in Detector Laboratory of Helsinki Institute of Physics during the years 2004 - 2006. Altogether over a million detector strips has made this project the most massive particle detector project in the science history of Finland. One ALICE SSD module consists of a double-sided silicon sensor, two hybrids containing 12 HAL25 front end readout chips and some passive components, such has resistors and capacitors. The components are connected together by TAB (Tape Automated Bonding) microcables. The components of the modules were tested in every assembly phase with comparable electrical tests to ensure the reliable functioning of the detectors and to plot the possible problems. The components were accepted or rejected by the limits confirmed by ALICE collaboration. This study is concentrating on the test results of framed chips, hybrids and modules. The total yield of the framed chips is 90.8%, hybrids 96.1% and modules 86.2%. The individual test results have been investigated in the light of the known error sources that appeared during the project. After solving the problems appearing during the learning-curve of the project, the material problems, such as defected chip cables and sensors, seemed to induce the most of the assembly rejections. The problems were typically seen in tests as too many individual channel failures. Instead, the bonding failures rarely caused the rejections of any component. One sensor type among three different sensor manufacturers has proven to have lower quality than the others. The sensors of this manufacturer are very noisy and their depletion voltage are usually outside of the specification given to the manufacturers. Reaching 95% assembling yield during the module production demonstrates that the assembly process has been highly successful.