Quantum transport phenomena and shallow impurity states in CdSb

This work is dedicated to investigation of the energy spectrum of one of the most anisotropic narrow-gap semiconductors, CdSb. At the beginning of the present studies even the model of its energy band structure was not clear. Measurements of galvanomagnetic effects in wide temperature range (1.6 - 300 K) and in magnetic fields up to 30 T were chosen for clarifying of the energy spectrum in the intentionally undoped CdSb single crystals and doped with shallow impurities (In, Ag). Detection of the Shubnikov - de Haas oscillations allowed estimating the fundamental energy spectrum parameters. The shapes of the Fermi surfaces of electrons (sphere) and holes (ellipsoid), the number of the equivalent extremums for valence band (2) and their positions in the Brillouin zone were determined for the first time in this work. Also anisotropy coefficients, components of the tensor of effective masses of carriers, effective masses of density of states, nonparabolicity of the conduction and valence bands, g-factor and its anisotropy for n- and p-CdSb were estimated for the first time during these studies. All the results obtained are compared with the cyclotron resonance data and the corresponding theoretical calculations for p-CdSb. This is basic information for the analyses of the complex transport properties of CdSb and for working out the energy spectrum model of the shallow energy levels of defects and impurities in this semiconductor. It was found out existence of different mechanisms of hopping conductivity in the presence of metal - insulator transition induced by magnetic field in n- and p-CdSb. Quite unusual feature opened in CdSb is that different types of hopping conductivity may take place in the same crystal depending on temperature, magnetic field or even orientation of crystal in magnetic field. Transport properties of undoped p-CdSb samples show that the anisotropy of the resistivity in weak and strong magnetic fields is determined completely by the anisotropy of the effective mass of the holes. Temperature and magnetic field dependence of the Hall coefficient and magnetoresistance is attributed to presence of two groups of holes with different concentrations and mobilities. The analysis demonstrates that below Tcr ~ 20 K and down to ~ 6 - 7 K the low-mobile carriers are itinerant holes with energy E2 ≈ 6 meV. The high-mobile carriers, at all temperatures T < Tcr, are holes activated thermally from a deeper acceptor band to itinerant states of a shallower acceptor band with energy E1 ≈ 3 meV. Analysis of temperature dependences of mobilities confirms the existence of the heavy-hole band or a non-equivalent maximum and two equivalent maxima of the light-hole valence band. Galvanomagnetic effects in n-CdSb reveal the existence of two groups of carriers. These are the electrons of a single minimum in isotropic conduction band and the itinerant electrons of the narrow impurity band, having at low temperatures the energies above the bottom of the conduction band. It is found that above this impurity band exists second impurity band of only localized states and the energy of both impurity bands depend on temperature so that they sink into the band gap when temperature is increased. The bands are splitted by the spin, and in strong magnetic fields the energy difference between them decreases and redistribution of the electrons between the two impurity bands takes place. Mobility of the conduction band carriers demonstrates that scattering in n-CdSb at low temperatures is strongly anisotropic. This is because of domination from scattering on the neutral impurity centers and increasing of the contribution to mobility from scattering by acoustic phonons when temperature increases. Metallic conductivity in zero or weak magnetic field is changed to activated conductivity with increasing of magnetic field. This exhibits a metal-insulator transition (MIT) induced by the magnetic field due to shift of the Fermi level from the interval of extended states to that of the localized states of the electron spectrum near the edge of the conduction band. The Mott variablerange hopping conductivity is observed in the low- and high-field intervals on the insulating side of the MIT. The results yield information about the density of states, the localization radius of the resonant impurity band with completely localized states and about the donor band. In high magnetic fields this band is separated from the conduction band and lies below the resonant impurity bands.

Sitoutumiskykyisemmän TMP-massan valmistus

Tämän työn tavoitteena oli selvittää TMP-massan lujuusominaisuuksien parantamismahdollisuuksia jauhatuksen keinoin. Tarkastelun kohteena olivat rejektijauhatuksen eriyttäminen päälinjasta, päälinjan ajotapojen vaikutukset massan laatuun sekä energiansäästöterien testaus. Erillisen rejektijauhatuksen pilot kokeiden myötä oli havaittavissa, että erillisjauhettu rejekti itsessään oli todella pitkäkuituista ja hyvät lujuusominaisuudet omaavaa massaa. Koeajo kuitenkin osoitti, että 9 % annostelu määrä päälinjan akseptimassaan ei riitä nostamaan valmiin massaseoksen lujuusominaisuuksia. Eriytetty rejektijauhatus voi kuitenkin parantaa prosessin hallittavuutta ja mahdollistaa tuotantotason noston. Päälinjan ajotavanmuutoskokeiden tulosten myötä voitiin havaita, että 300 t/d tuotantotaso tuotti kuidunpituuksiltaan, lujuuksiltaan ja tikkupitoisuuksiltaan parempaa massaa kuin 270 t/d tuotantotaso. Samaan aikaan tapahtunut bulkin lasku oli siedettävällä tasolla huomioitaessa vetolujuudessa tapahtuva parannus. Ajotavanmuutoskokeet osoittivat myös sen, että pienellä ensimmäisen ja toisen jauhatusvaiheen kuormitussuhteiden muutoksella on saavutettavissa parannusta sekä veto- että repäisylujuudessa, bulkissa tapahtuvien muutosten pysyessä siedettävällä tasolla. Tähän tulokseen päästiin löysäämällä ensimmäisen vaiheen jauhinten teräväliä kymmenyksellä ja vastaavasti tiukkaamalla toisen vaiheen jauhinten teräväliä niin, että jauhatuksen kokonaisenergianominaiskulutus pysyi vakiotasolla. Energiansäästöterien testauksessa havaittiin, että terien avulla on mahdollista säästää jauhatukseen kuluvassa energiassa noin 0,15 – 0,2 MWh/t. Saavutettavissa oleva energiansäästö ei kuitenkaan ole riittävä kompensoimaan massan laadun heikkenemistä, sillä energiansäästöterien myötä massan bulkki, kuidunpituus sekä veto- ja repäisylujuus laskivat verrattaessa niiden tasoon käytettäessä normaaliteriä.

Maalitehtaan energiakatselmus

Diplomityö on osa kokonaisuutta, jossa on tarkoitus toteuttaa Motivan mallin mukainen energiakatselmus maalitehtaalle. Työn osuutena katselmuksessa oli työhön tarvittavien alkutietojen kerääminen, tarjouspyynnön tekeminen katselmuksia tekeville yrityksille ja katselmuksen kenttätöissä ja mittauksissa avustaminen. Tarvittavien alkutietojen keräämiseen liittyi myös työhön tehty alustava energiakulutuksen jakauma sähkön- ja lämmönkulutukselle kohteittain. Työssä esitellään energiakatselmusmalli ja käydään läpi sen eri vaiheet työssä toteutetussa järjestyksessä. Energiakatselmuksesta saadut ehdotukset energiatehokkuuden parantamiseksi käydään läpi ja niiden soveltuvuutta tehtaalle arvioidaan. Energiakatselmuksen tulokset olivat erittäin positiivisia ja katselmus tehtaalle onnistui hyvin. Kaikki katselmuksen säästöehdotukset olivat järkevästi ja yksinkertaisesti toteutettavissa. Suurin potentiaali säästöille oli tehtaan vedenkulutuksessa ja ilmanvaihdon lämmönkulutuksessa.

Energiansäästö kotitalouksien valaistuksessa Suomessa

Tässä työssä arvioidaan kotitalouksien energiansäästöpotentiaalia valaistuksen osalta Suomessa. Euroopan Unioni on ratifioinut päästövähennystavoitteen 20 % koskien kaikkia primäärienergiantuotantomuotoja. Päästövähennystavoite on tarkoitus toteuttaa vuoteen 2020 mennessä. Tässä kandidaatintyössä arvioidaan saavutettavissa olevaa energiansäästöpotentiaalia Suomessa kotitalouksissa laitesähkön osalta. Energiansäästöpotentiaalin arviointi perustuu hehkulampun korvaamismahdollisuuksien vertailuun. Valaistuksessa voidaan saavuttaa jopa 75 % sähkönsäästö, kun korvataan yksi 60 W hehkulamppu vastaavan valomäärän tuottavalla energiansäästölampulla. Kokonaisuudessa kotitalouksien valaistuksessa on tehostamispotentiaalia noin 60 %. Valaistuksen tehostamisella saavutetaan noin 1,5 TWh säästö Suomen kokonaissähkökulutuksessa. Saavutettavat säästöt voivat olla jopa suuremmatkin, jos käytetään lisäksi älykästä valonohjausta. Johtopäätöksenä voidaan todeta, että tehostamispotentiaalia on merkittävästi ja tehostaminen on yksittäiselle kotitaloudelle taloudellisesti kannattavaa. Energiansäästöpotentiaalin toteuttamisen vaikutuksia kansantalouteen ei ole arvioitu.

Galvanomagnetic effects in InGaAs nanostructure

Investigation of galvanomagnetic effects in nanostructure GaAs/Mn/GaAs/In0.15Ga0.85As/ GaAs is presented. This nanostructure is classified as diluted magnetic semiconductor (DMS). Temperature dependence of transverse magnetoresistivity of the sample was studied. The anomalous Hall effect was detected and subtracted from the total Hall component. Special attention was paid to the measurements of Shubnikov-de Haas oscillations, which exists only in the case of magnetic field aligned perpendicularly to the plane of the sample. This confirms two-dimensional character of the hole energy spectrum in the quantum well. Such important characteristics as cyclotron mass, the Fermi energy and the Dingle temperature were calculated, using experimental data of Shubnikov-de Haas oscillations. The hole concentration and hole mobility in the quantum well also were estimated for the sample. At 4.2 K spin splitting of the maxima of transverse resistivity was observed and g-factor was calculated for that case. The values of the Dingle temperatures were obtained by two different approaches. From the comparison of these values it was concluded that the broadening of Landau levels in the investigated structure is mainly defined by the scattering of charge carriers on the defects of the crystal lattice

Multi-Eruption Solar Energetic Particle Events Observed by SOHO/ERNE

In the last two decades of studying the Solar Energetic Particle (SEP) phenomenon, intensive emphasis has been put on how and when and where these SEPs are injected into interplanetary space. It is well known that SEPs are related to solar flares and CMEs. However, the role of each in the acceleration of SEPs has been under debate since the major role was taken from flares ascribed to CMEs step by step after the skylab mission, which started the era of CME spaceborn observations. Since then, the shock wave generated by powerful CMEs in between 2-5 solar radii is considered the major accelerator. The current paradigm interprets the prolonged proton intensity-time profile in gradual SEP events as a direct effect of accelerated SEPs by shock wave propagating in the interplanetary medium. Thus the powerful CME is thought of as a starter for the acceleration and its shock wave as a continuing accelerator to result in such an intensity-time profile. Generally it is believed that a single powerful CME which might or might not be associated with a flare is always the reason behind such gradual events.

In this work we use the Energetic and Relativistic Nucleus and Electrons ERNE instrument on board Solar and Heliospheric Observatory SOHO to present an empirical study to show the possibility of multiple accelerations in SEP events. In the beginning we found 18 double-peaked SEP events by examining 88 SEP events. The peaks in the intensity-time profile were separated by 3-24 hours. We divided the SEP events according to possible multiple acceleration into four groups and in one of these groups we find evidence for multiple acceleration in velocity dispersion and change in the abundance ratio associated at transition to the second peak. Then we explored the intensity-time profiles of all SEP events during solar cycle 23 and found that most of the SEP events are associated with multiple eruptions at the Sun and we call those events as Multi-Eruption Solar Energetic Particles (MESEP) events. We use the data available by Large Angle and Spectrometric Coronograph LASCO on board SOHO to determine the CME associated with such events and YOHKOH and GOES satellites data to determine the flare associated with such events. We found four types of MESEP according to the appearance of the peaks in the intensity-time profile in large variation of energy levels. We found that it is not possible to determine whether the peaks are related to an eruption at the Sun or not, only by examining the anisotropy flux, He/p ratio and velocity dispersion. Then we chose a rare event in which there is evidence of SEP acceleration from behind previous CME. This work resulted in a conclusion which is inconsistent with the current SEP paradigm. Then we discovered through examining another MESEP event, that energetic particles accelerated by a second CME can penetrate a previous CME-driven decelerating shock. Finally, we report the previous two MESEP events with new two events and find a common basis for second CME SEPs penetrating previous decelerating shocks. This phenomenon is reported for the first time and expected to have significant impact on modification of the current paradigm of the solar energetic particle events.

Quantification of Proteins and Cells: Luminometric Nonspecific Particle-Based Methods

New luminometric particle-based methods were developed to quantify protein and to count cells. The developed methods rely on the interaction of the sample with nano- or microparticles and different principles of detection. In fluorescence quenching, timeresolved luminescence resonance energy transfer (TR-LRET), and two-photon excitation fluorescence (TPX) methods, the sample prevents the adsorption of labeled protein to the particles. Depending on the system, the addition of the analyte increases or decreases the luminescence. In the dissociation method, the adsorbed protein protects the Eu(III) chelate on the surface of the particles from dissociation at a low pH. The experimental setups are user-friendly and rapid and do not require hazardous test compounds and elevated temperatures. The sensitivity of the quantification of protein (from 40 to 500 pg bovine serum albumin in a sample) was 20-500-fold better than in most sensitive commercial methods. The quenching method exhibited low protein-to-protein variability and the dissociation method insensitivity to the assay contaminants commonly found in biological samples. Less than ten eukaryotic cells were detected and quantified with all the developed methods under optimized assay conditions. Furthermore, two applications, the method for detection of the aggregation of protein and the cell viability test, were developed by utilizing the TR-LRET method. The detection of the aggregation of protein was allowed at a more than 10,000 times lower concentration, 30 μg/L, compared to the known methods of UV240 absorbance and dynamic light scattering. The TR-LRET method was combined with a nucleic acid assay with cell-impermeable dye to measure the percentage of dead cells in a single tube test with cell counts below 1000 cells/tube.

Frequency-Domain and Wide-Pulse Time-Domain Measurements of Lanthanide Luminescence and Lanthanide-Based Resonance Energy Transfer

Resonance energy transfer (RET) is a non-radiative transfer of the excitation energy from the initially excited luminescent donor to an acceptor. The requirements for the resonance energy transfer are: i) the spectral overlap between the donor emission spectrum and the acceptor absorption spectrum, ii) the close proximity of the donor and the acceptor, and iii) the suitable relative orientations of the donor emission and the acceptor absorption transition dipoles. As a result of the RET process the donor luminescence intensity and the donor lifetime are decreased. If the acceptor is luminescent, a sensitized acceptor emission appears. The rate of RET depends strongly on the donor–acceptor distance (r) and is inversely proportional to r6. The distance dependence of RET is utilized in binding assays. The proximity requirement and the selective detection of the RET-modified emission signal allow homogeneous separation free assays. The term lanthanide-based RET is used when luminescent lanthanide compounds are used as donors. The long luminescence lifetimes, the large Stokes’ shifts and the intense, sharply-spiked emission spectra of the lanthanide donors offer advantages over the conventional organic donor molecules. Both the organic lanthanide chelates and the inorganic up-converting phosphor (UCP) particles have been used as donor labels in the RET based binding assays. In the present work lanthanide luminescence and lanthanide-based resonance energy transfer phenomena were studied. Luminescence lifetime measurements had an essential role in the research. Modular frequency-domain and time-domain luminometers were assembled and used successfully in the lifetime measurements. The frequency-domain luminometer operated in the low frequency domain ( 100 kHz) and utilized a novel dual-phase lock-in detection of the luminescence. One of the studied phenomena was the recently discovered non-overlapping fluorescence resonance energy transfer (nFRET). The studied properties were the distance and temperature dependences of nFRET. The distance dependence was found to deviate from the Förster theory and a clear temperature dependence was observed whereas conventional RET was completely independent of the temperature. Based on the experimental results two thermally activated mechanisms were proposed for the nFRET process. The work with the UCP particles involved the measurement of the luminescence properties of the UCP particles synthesized in our laboratory. The goal of the UCP particle research is to develop UCP donor labels for binding assays. In the present work the effect of the dopant concentrations and the core–shell structure on the total up-conversion luminescence intensity, the red–green emission ratio, and the luminescence lifetime was studied. Also the non-radiative nature of the energy transfer from the UCP particle donors to organic acceptors was demonstrated for the first time in aqueous environment and with a controlled donor–acceptor distance.

Particle model for simulating limestone reactions in novel fluidised bed energy applications

The development of carbon capture and storage (CCS) has raised interest towards novel fluidised bed (FB) energy applications. In these applications, limestone can be utilized for S02 and/or CO2 capture. The conditions in the new applications differ from the traditional atmospheric and pressurised circulating fluidised bed (CFB) combustion conditions in which the limestone is successfully used for SO2 capture. In this work, a detailed physical single particle model with a description of the mass and energy transfer inside the particle for limestone was developed. The novelty of this model was to take into account the simultaneous reactions, changing conditions, and the effect of advection. Especially, the capability to study the cyclic behaviour of limestone on both sides of the calcination-carbonation equilibrium curve is important in the novel conditions. The significances of including advection or assuming diffusion control were studied in calcination. Especially, the effect of advection in calcination reaction in the novel combustion atmosphere was shown. The model was tested against experimental data; sulphur capture was studied in a laboratory reactor in different fluidised bed conditions. Different Conversion levels and sulphation patterns were examined in different atmospheres for one limestone type. The Conversion curves were well predicted with the model, and the mechanisms leading to the Conversion patterns were explained with the model simulations. In this work, it was also evaluated whether the transient environment has an effect on the limestone behaviour compared to the averaged conditions and in which conditions the effect is the largest. The difference between the averaged and transient conditions was notable only in the conditions which were close to the calcination-carbonation equilibrium curve. The results of this study suggest that the development of a simplified particle model requires a proper understanding of physical and chemical processes taking place in the particle during the reactions. The results of the study will be required when analysing complex limestone reaction phenomena or when developing the description of limestone behaviour in comprehensive 3D process models. In order to transfer the experimental observations to furnace conditions, the relevant mechanisms that take place need to be understood before the important ones can be selected for 3D process model. This study revealed the sulphur capture behaviour under transient oxy-fuel conditions, which is important when the oxy-fuel CFB process and process model are developed.

INSPIRE: contributions to Invenio from the leading High Energy Physics (HEP) platform

Presentation at Open Repositories 2014, Helsinki, Finland, June 9-13, 2014

Photodamage to Oxygen Evolving Complex - An Initial Event in Photoinhibition of Photosystem II.

Photosystem II (PSII) of oxygenic photosynthesis is susceptible to photoinhibition. Photoinhibition is defined as light induced damage resulting in turnover of the D1 protein subunit of the reaction center of PSII. Both visible and ultraviolet (UV) light cause photoinhibition. Photoinhibition induced by UV light damages the oxygen evolving complex (OEC) via absorption of UV photons by the Mn ion(s) of OEC. Under visible light, most of the earlier hypotheses assume that photoinhibition occurs when the rate of photon absorption by PSII antenna exceeds the use of the absorbed energy in photosynthesis. However, photoinhibition occurs at all light intensities with the same efficiency per photon. The aim of my thesis work was to build a model of photoinhibition that fits the experimental features of photoinhibition. I studied the role of electron transfer reactions of PSII in photoinhibition and found that changing the electron transfer rate had only minor influence on photoinhibition if light intensity was kept constant. Furthermore, quenching of antenna excitations protected less efficiently than it would protect if antenna chlorophylls were the only photoreceptors of photoinhibition. To identify photoreceptors of photoinhibition, I measured the action spectrum of photoinhibition. The action spectrum showed resemblance to the absorption spectra of Mn model compounds suggesting that the Mn cluster of OEC acts as a photoreceptor of photoinhibition under visible light, too. The role of Mn in photoinhibition was further supported by experiments showing that during photoinhibition OEC is damaged before electron transfer activity at the acceptor side of PSII is lost. Mn enzymes were found to be photosensitive under visible and UV light indicating that Mn-containing compounds, including OEC, are capable of functioning as photosensitizers both in visible and UV light. The experimental results above led to the Mn hypothesis of the mechanism of continuous-light-induced photoinhibition. According to the Mn hypothesis, excitation of Mn of OEC results in inhibition of electron donation from OEC to the oxidized primary donor P680+ both under UV and visible light. P680 is oxidized by photons absorbed by chlorophyll, and if not reduced by OEC, P680+ may cause harmful oxidation of other PSII components. Photoinhibition was also induced with intense laser pulses and it was found that the photoinhibitory efficiency increased in proportion to the square of pulse intensity suggesting that laser-pulse-induced photoinhibition is a two-photon reaction. I further developed the Mn hypothesis suggesting that the initial event in photoinhibition under both continuous and pulsed light is the same: Mn excitation that leads to the inhibition of electron donation from OEC to P680+. Under laser-pulse-illumination, another Mn-mediated inhibitory photoreaction occurs within the duration of the same pulse, whereas under continuous light, secondary damage is chlorophyll mediated. A mathematical model based on the Mn hypothesis was found to explain photoinhibition under continuous light, under flash illumination and under the combination of these two.

Strategic groupsin the European energy industry

Strategisten ryhmien teoria tarjoaa mahdollisuuden keskitason analyysiin yritysten ja toimialan välillä yritysten kilpailullisen aseman tarkasteluun. Strategiset ryhmät ovat samalla toimialalla toimivia yrityksiä, joilla on samanlaiset strategiset ominaisuudet, jotka kilpailevat samanlaisilla perusteilla tai jotka toteuttavat samanlaista strategiaa. Tässä tutkimuksessa strategisten ryhmien teoriaa on käytetty eurooppalaisten energiayritysten ryhmittelyyn. Tutkimuksessa oli mukana 104 energia-alan yritystä, jotka jaettiin viiteen strategiseen pääryhmään yritysten maantieteellisen toiminta-alueen ja koon mukaan. Jokainen ryhmä edustaa erilaista strategiaa. Muita strategisia ominaisuuksia, joita ovat diversifikaatioaste, tuotantoteknologia ja omistusmuoto, käytettiin muodostamaan alaryhmiä edellisistä pääryhmistä. Muodostettuja strategisia ryhmiä käytettiin seuraavaksi suoristuskykyerojen tutkimiseen ryhmien välillä. Suorituskykyä kuvaaviksi muuttujiksi valittiin liikevoitto-%, koko pääoman tuottoaste, vakavaraisuus-% ja current ratio. Tulokset osoittavat, että energiayritykset voidaan jakaa ryhmiin valittujen strategisten ominaisuuksien perusteella. Nämä yritysten strategiset valinnat eivät vaikuta merkittävästi yritysten taloudelliseen suorituskykyyn valittujen suorituskykymuuttujien osalta. Monikansalliset jättiläisyritykset ovat suorituskyvyltään heikoimpia ja eurooppalaiset suuryritykset parhaita ryhmiä, mutta erot eivät ole tilastollisesti merkittäviä. Ainut merkittävä ero suorituskykymuuttujissa oli vakavaraisuudessa monikansallisten ja eurooppalaisten suurten yritysten välillä. Muut suorituskykymuuttujat eivät eronneet ryhmien välillä tilastollisesti merkittävästi. Tilastollisesti merkittäviä eroja ei löydetty myöskään alaryhmien välillä.

Syttyminen ja palamisen eteneminen partikkelikerroksessa

Syttymistä ja palamisen etenemistä partikkelikerroksessa tutkitaan paloturvallisuuden parantamista sekä kiinteitä polttoaineita käyttävien polttolaitteiden toiminnan tuntemista ja kehittämistä varten. Tässä tutkimuksessa on tavoitteena kerätä yhteen syttymiseen ja liekkirintaman etenemiseen liittyviä kokeellisia ja teoreettisia tutkimustuloksia, jotka auttavat kiinteäkerrospoltto- ja -kaasutus-laitteiden kehittämisessä ja suunnittelussa. Työ on esitutkimus sitä seuraavalle kokeelliselle ja teoreettiselle osalle. Käsittelyssä keskitytään erityisesti puuperäisiin polttoaineisiin. Hiilidioksidipäästöjen vähentämistavoitteet sekä kiinteiden jätteiden energiakäytön lisääminen ja kaatopaikalle viennin vähentäminen aiheuttavat lähitulevaisuudessa kerrospolton lisääntymistä. Kuljetusmatkojen optimoinnin takia joudutaan rakentamaan melko pieniä polttolaitoksia, joissa kerrospolttotekniikka on edullisin vaihtoehto. Syttymispisteellä tarkoitetaan Semenovin määritelmän mukaan tilaa ja ajankohtaa, jolloin polttoaineen ja hapen reaktioissa muodostuva nettoenergia aikayksikössä on yhtäsuuri kuin ympäristöön siirtyvä nettoenergiavirta. Itsesyttyminen tarkoittaa syttymistä ympäristön lämpötilan tai paineen suurenemisen seurauksena. Pakotettu syttyminen tapahtuu, kun syttymispisteen läheisyydessä on esimerkiksi liekki tai hehkuva kiinteä kappale, joka aiheuttaa paikallisen syttymisen ja syttymisrintaman leviämisen muualle polttoaineeseen. Kokeellinen tutkimus on osoittanut tärkeimmiksi syttymiseen ja syttymisrintaman etenemiseen vaikuttaviksi tekijöiksi polttoaineen kosteuden, haihtuvien aineiden pitoisuuden ja lämpöarvon, partikkelikerroksen huokoisuuden, partikkelien koon ja muodon, polttoaineen pinnalle tulevan säteilylämpövirran tiheyden, kaasun virtausnopeuden kerroksessa, hapen osuuden ympäristössä sekä palamisilman esilämmityksen. Kosteuden lisääntyminen suurentaa syttymisenergiaa ja -lämpötilaa sekä pidentää syttymisaikaa. Mitä enemmän polttoaine sisältää haihtuvia aineita sitä pienemmässä lämpötilassa se syttyy. Syttyminen ja syttymisrintaman eteneminen ovat sitä nopeampia mitä suurempi on polttoaineen lämpöarvo. Kerroksen huokoisuuden kasvun on havaittu suurentavan palamisen etenemisnopeutta. Pienet partikkelit syttyvät yleensä nopeammin ja pienemmässä lämpötilassa kuin suuret. Syttymisrintaman eteneminen nopeutuu partikkelien pinta-ala - tilavuussuhteen kasvaessa. Säteilylämpövirran tiheys on useissa polttosovellutuksissa merkittävin lämmönsiirtotekijä, jonka kasvu luonnollisesti nopeuttaa syttymistä. Ilman ja palamiskaasujen virtausnopeus kerroksessa vaikuttaa konvektiiviseen lämmönsiirtoon ja hapen pitoisuuteen syttymisvyöhykkeellä. Ilmavirtaus voi jäähdyttää ja kuumankaasun virtaus lämmittää kerrosta. Hapen osuuden kasvaminen nopeuttaa syttymistä ja liekkirintaman etenemistä kunnes saavutetaan tila, jota suuremmilla virtauksilla ilma jäähdyttää ja laimentaa reaktiovyöhykettä. Palamisilman esilämmitys nopeuttaa syttymisrintaman etenemistä. Syttymistä ja liekkirintaman etenemistä kuvataan yleensä empiirisillä tai säilyvyysyhtälöihin perustuvilla malleilla. Empiiriset mallit perustuvat mittaustuloksista tehtyihin korrelaatioihin sekä joihinkin tunnettuihin fysikaalisiin lainalaisuuksiin. Säilyvyysyhtälöihin perustuvissa malleissa systeemille määritetään massan, energian, liikemäärän ja alkuaineiden säilymisyhtälöt, joiden nopeutta kuvaavien siirtoyhtälöiden muodostamiseen käytetään teoreettisella ja kokeellisella tutkimuksella saatuja yhtälöitä. Nämä mallinnusluokat ovat osittain päällekkäisiä. Pintojen syttymistä kuvataan usein säilyvyysyhtälöihin perustuvilla malleilla. Partikkelikerrosten mallinnuksessa tukeudutaan enimmäkseen empiirisiin yhtälöihin. Partikkelikerroksia kuvaavista malleista Xien ja Liangin hiilipartikkelikerroksen syttymiseen liittyvä tutkimus ja Gortin puun ja jätteen polttoon liittyvä reaktiorintaman etenemistutkimus ovat lähimpänä säilyvyysyhtälöihin perustuvaa mallintamista. Kaikissa malleissa joudutaan kuitenkin yksinkertaistamaan todellista tapausta esimerkiksi vähentämällä dimensioita, reaktioita ja yhdisteitä sekä eliminoimalla vähemmän merkittävät siirtomekanismit. Suoraan kerrospolttoa ja -kaasutusta palvelevia syttymisen ja palamisen etenemisen tutkimuksia on vähän. Muita tarkoituksia varten tehtyjen tutkimusten polttoaineet, kerrokset ja ympäristöolosuhteet poikkeavat yleensä selvästi polttolaitteiden vastaavista olosuhteista. Erikokoisten polttoainepartikkelien ja ominaisuuksiltaan erilaisten polttoaineiden seospolttoa ei ole tutkittu juuri ollenkaan. Polttoainepartikkelien muodon vaikutuksesta on vain vähän tutkimusta.Ilman kanavoitumisen vaikutuksista ei löytynyt tutkimuksia.