Development of advanced silicon radiation detectors for harsh radiation environment

This thesis describes the development of advanced silicon radiation detectors and their characterization by simulations, used in the work for searching elementary particles in the European Organization for Nuclear Research, CERN. Silicon particle detectors will face extremely harsh radiation in the proposed upgrade of the Large Hadron Collider, the future high-energy physics experiment Super-LHC. The increase in the maximal fluence and the beam luminosity up to 1016 neq / cm2 and 1035 cm-2s-1 will require detectors with a dramatic improvement in radiation hardness, when such a fluence will be far beyond the operational limits of the present silicon detectors. The main goals of detector development concentrate on minimizing the radiation degradation. This study contributes mainly to the device engineering technology for developing more radiation hard particle detectors with better characteristics. Also the defect engineering technology is discussed. In the nearest region of the beam in Super-LHC, the only detector choice is 3D detectors, or alternatively replacing other types of detectors every two years. The interest in the 3D silicon detectors is continuously growing because of their many advantages as compared to conventional planar detectors: the devices can be fully depleted at low bias voltages, the speed of the charge collection is high, and the collection distances are about one order of magnitude less than those of planar technology strip and pixel detectors with electrodes limited to the detector surface. Also the 3D detectors exhibit high radiation tolerance, and thus the ability of the silicon detectors to operate after irradiation is increased. Two parameters, full depletion voltage and electric field distribution, is discussed in more detail in this study. The full depletion of the detector is important because the only depleted area in the detector is active for the particle tracking. Similarly, the high electric field in the detector makes the detector volume sensitive, while low-field areas are non-sensitive to particles. This study shows the simulation results of full depletion voltage and the electric field distribution for the various types of 3D detectors. First, the 3D detector with the n-type substrate and partial-penetrating p-type electrodes are researched. A detector of this type has a low electric field on the pixel side and it suffers from type inversion. Next, the substrate is changed to p-type and the detectors having electrodes with one doping type and the dual doping type are examined. The electric field profile in a dual-column 3D Si detector is more uniform than that in the single-type column 3D detector. The dual-column detectors are the best in radiation hardness because of their low depletion voltages and short drift distances.

1000 V sähkönjakelujärjestelmän teknistaloudellisen kannattavuuden tarkastelu

Tässä työssä tutkitaan 1000 V pienjännitejakelun taloudellista kannattavuutta. Tutkimus perustuu teoreettiseen tarkasteluun, jossa noudatetaan yleisiä verkostosuunnittelun periaatteita. EU-lainsäädäntö mahdollistaa 1000 V pienjänniteportaan sijoittamisen nykyisen keskijänniteverkon ja pienjänniteverkon väliin lisäten kolmannen jakelujänniteportaan nykyään käytettävien 20 kV ja 0,4 kV väliin. Jakeluverkkojen kehittämiseksi on etsittävä ratkaisu, joka on taloudellinen sekä asiakkaiden että verkonhaltijoiden kannalta. Tällaiset ratkaisut pienentävät verkon käytön kokonaiskustannuksia ja parantavat sähkön laatua. Lisättäessä jakeluverkkoon kolmas jänniteporras, keskijänniteverkon johtopituus lyhenee ja varsinkin lyhyiden haarajohtojen määrä vähenee. Tämä vähentää keskijänniteverkossa esiintyvien keskeytysten määrää ja pienentää keskeytyskustannuksia. Kilovoltin järjestelmä on kannattava korvattaessa sillä osa keskijänniteverkkoa, tai estettäessä perinteisellä järjestelmällä tarvittava muuntopiirin jakaminen. Osana varsinaista pienjänniteverkkoa ei kilovoltinjärjestelmä ole kannattava. Tässä työssä kolmijänniteportaista jakeluverkkoa tutkitaan teoreettisilla verkkosuunnitelmilla, joita tehdään muutamille perusverkkotopologioille. Taloudellista kannattavuutta tutkitaan vertaamalla perinteistä kaksijänniteportaista ja kolmijänniteportaista verkkoratkaisua kustannusten suhteen teknisten reunaehtojen puitteissa. 1000 V pienjännitejakelu vaatii uudenlaisia verkostokomponentteja. Näistä on erityisesti käsitelty 1/0,4 kV pienjännitemuuntajaa. Muuntajasuunnittelun lähtökohtana on 1000 V verkon käyttäminen keskijänniteverkon jatkeena maasta erotettuna verkkona.

Java Mobile Media API porting in Symbian Operating System

Työssä tutkitaan, kuinka Symbian käyttöjärjestelmälle voidaan tehdä siirrettäviä ohjelmia. Työssä käydään läpi menetelmiä, jotka helpottavat ohjelmistojen siirrettävyyttä uudelle alustalle. Uuteen älypuhelimeen voi tulla monia uusia komponentteja. Laite voi muuttua piiritasolla, käyttöjärjestelmästä voi tulla uusi versio sekä siirrettävästä ohjelmasta voi tulla uusi versio. Kaikki nämä vaikuttavat ohjelman siirrettävyyteen. Työssä tehtiin Java-rajapinnan siirto uudelle alustalle. Prosessin aikana löydettiin tärkeitä tekijöitä, jotka vaikuttavat ohjelmiston siirrettävyyteen. Siirrettävyys sinänsä pitäisi ottaa huomioon ohjelmistoprosessin jokaisessa vaiheessa. Älypuhelimista tulee jatkuvasti uusia versioita. Tämä tekee ohjelmien siirrettävyydestä hyvin tärkeän tekijän ohjelmistojen suunnittelussa. Hyvin suunniteltu ohjelma on helpompi ylläpitää, päivättää ja siirtää myöhemmin.

Improving the performance of the single-dish Cherenkov telescope MAGIC through the use of signal timing

The Cherenkov light flashes produced by Extensive Air Showers are very short in time. A high bandwidth and fast digitizing readout, therefore, can minimize the influence of the background from the light of the night sky, and improve the performance in Cherenkov telescopes. The time structure of the Cherenkov image can further be used in single-dish Cherenkov telescopes as an additional parameter to reduce the background from unwanted hadronic showers. A description of an analysis method which makes use of the time information and the subsequent improvement on the performance of the MAGIC telescope (especially after the upgrade with an ultra fast 2 GSamples/s digitization system in February 2007) will be presented. The use of timing information in the analysis of the new MAGIC data reduces the background by a factor two, which in turn results in an enhancement of about a factor 1.4 of the flux sensitivity to point-like sources, as tested on observations of the Crab Nebula.

Simulations of 3D Stripixel Detectors

Large Hadron Collider (LHC) is the main particle accelerator at CERN. LHC is created with main goal to search elementary particles and help science investigate our universe. Radiation in LHC is caused by charged particles circular acceleration, therefore detectors tracing particles in existed severe conditions during the experiments must be radiation tolerant. Moreover, further upgrade of luminosity (up to 1035 cm-2s-1) requires development of particle detector’s structure. This work is dedicated to show the new type 3D stripixel detector with serious structural improvement. The new type of radiation-hard detector has a three-dimensional (3D) array of the p+ and n+ electrodes that penetrate into the detector bulk. The electrons and holes are then collected at oppositely biased electrodes. Proposed 3D stripixel detector demonstrates that full depletion voltage is lower that that for planar detectors. Low depletion voltage is one of the main advantages because only depleted part of the device is active are. Because of small spacing between electrodes, charge collection distances are smaller which results in high speed of the detector’s response. In this work is also briefly discussed dual-column type detectors, meaning consisting both n+ and p+ type columnar electrodes in its structure, and was declared that dual-column detectors show better electric filed distribution then single sided radiation detectors. The dead space or in other words low electric field region in significantly suppressed. Simulations were carried out by using Atlas device simulation software. As a simulation results in this work are represented the electric field distribution under different bias voltages.

NCT: pacote de tratamento de coordenadas normais (versão 7)

A new version of the normal coordinate analysis package NCT is presented. The upgrade was mainly devised to enable the NCT package to manipulate easily the Hessian matrix evaluated by quantum chemical calculations. Program codes were almost wholly rewritten to be more efficient with GNU Fortran77, or g77, and compiled under FreeBSD and MS-DOS with the DJGPP implementation. Three typical usages of the program package are presented by giving the related input and output files. Functionality of the programs was carefully and satisfactorily checked for some sample calculations.

Evolución de los conocimientos acerca de los trastornos del comportamiento alimentario, a través de una intervención educativa en estudiantes de enseñanza post-obligatoria

Introducción: A pesar de ser considerados eventos infrecuentes en comparación a otros estados patológicos relacionados con la alimentación, en los últimos años y en diferentes países, se constata un incremento de las tasas de incidencia y prevalencia de los Tras - tornos del Comportamiento Alimentario; la mayoría de estudios que analizan los factores que pueden influir en su aparición, suelen implicar a jóvenes y adolescentes de poblaciones pre-mórbidas o mórbidas, siendo menos frecuentes los realizados sobre población sana y estándar. Objetivos: Evaluar el nivel de conocimientos acerca de los Trastornos del Comportamiento Alimentario y comprobar la eficacia de una intervención educativa, en jóvenes de una población presumiblemente sana. Métodos: Estudio de intervención con evaluación pre y post intervención, a través de un cuestionario previamente validado de 10 preguntas cerradas y abiertas, en estudiantes de Fisioterapia, Educación Infantil y Hostelería. Resultados: Respondieron el cuestionario inicial 154 estu diantes, 85 universitarios y 39 de ciclo formativo en Hostelería, mayoritariamente mujeres (68%) y con una edad media de 20,8 años. Los estudiantes demostraron un nivel medio de conocimientos inicial, mayor en las mujeres y en los estudiantes universitarios que en los de formación profesional. Los factores de riesgo y las manifestaciones clínicas fueron los aspectos menos conocidos por los estudiantes. La intervención educativa realizada en los 35 estudiantes de Hostelería que participaron en el taller y respondieron el cuestionario post-intervención, consiguió elevar el nivel de conocimientos hasta una calificación media superior a la inicial y a la de los grupos en que no se realizó la intervención. Discusión y conclusiones: A pesar de que la intervención realizada resultó eficaz para mejorar el nivel de conocimientos en muchos de los participantes, los resultados del cuestionario post-intervención revelan la necesidad de educar a los jóvenes en los rasgos que definen y caracterizan un Trastorno del Compor tamiento Alimen - tario, adaptando el abordaje de los mismos a su realidad social. La inclusión de temas relacionados con la nutrición y la salud en los programas curriculares de los estudios post-obligatorios mejoraría el nivel de conocimientos entre los futuros profesionales de los ámbitos de la salud, la educación y la hostelería/restauración.

3D Stripixel Detectors Simulation

Solid-state silicon detectors have replaced conventional ones in almost all recent high-energy physics experiments. Pixel silicon sensors don't have any alternative in the area near the interaction point because of their high resolution and fast operation speed. However, present detectors hardly withstand high radiation doses. Forthcoming upgrade of the LHC in 2014 requires development of a new generation of pixel detectors which will be able to operate under ten times increased luminosity. A planar fabrication technique has some physical limitations; an improvement of the radiation hardness will reduce sensitivity of a detector. In that case a 3D pixel detector seems to be the most promising device which can overcome these difficulties. The objective of this work was to model a structure of the 3D stripixel detector and to simulate electrical characteristics of the device. Silvaco Atlas software has been used for these purposes. The structures of single and double sided dual column detectors with active edges were described using special command language. Simulations of these detectors have shown that electric field inside an active area has more uniform distribution in comparison to the planar structure. A smaller interelectrode space leads to a stronger field and also decreases the collection time. This makes the new type of detectors more radiation resistant. Other discovered advantages are the lower full depletion voltage and increased charge collection efficiency. So the 3D stripixel detectors have demonstrated improved characteristics and will be a suitable replacement for the planar ones.

Biokaasun tuottaminen ja hyödyntäminen Lappeenrannassa

Lappeenrannassa kerätään ja hyödynnetään tällä hetkellä kaatopaikkakaasua 0,3 milj.m3 vuodessa. Biokaasua voitaisiin tuottaa Lappeenrannassa mädättämällä bioperäisiä jätteitä ja biokaasuntuotantoa varten kasvatettuja energiakasveja. Biokaasuntuotantoon soveltuvia jätteitä ovat erilliskerätty biojäte, jätevedenpuhdistamon jätevesiliete, puutarhajäte, lietelannat ja oljet. Kesannolla olevilla peltoaloilla voitaisiin kasvattaa ruokohelpeä. Biokaasun tuotantoon soveltuvia materiaaleja voitaisiin kerätä 143 000 t/a ja kasvattaa 68 000 t/a. Työssä tarkastellaan vaihtoehtoa, jossa mädätetään vain puhdistamoliete, sekä useita materiaaleja mädättävää yhteismädättämöä, johon liittyen tutkitaan kolmea eri vaihtoehtoa: kunnallisen jätteen mädätystä, kaiken jätteen mädätystä ja jätteen sekä energiakasvien mädätystä. Paras sijoituspaikka mädättämölle olisi jätevedenpuhdistamon läheisyydessä. Jätemateriaalista saataisiin kaasua enintään 12 milj. m3 ja energiakasveista enintään 16 milj. m3. Kaasusta voitaisiin tuottaa energiaa CHP-laitoksessa enintään 184 GWh. Mikäli biokaasun tuotannolla halutaan ensisijaisesti vähentää kasvi-huonekaasupäästöjä, kannattaa kaasu jalostaa ajoneuvopolttoaineeksi. Jalostettu kaasu on mahdollista myös syöttää maakaasuverkostoon. Suurimmat tulot on mahdollista saavuttaa yhdistetyssä sähkön- ja lämmöntuotannossa, mikäli biokaasulle suunniteltu syöttötariffi toteutuu. Muussa tapauksessa suurimmat tulot saadaan jalostamalla biokaasua ajoneuvojen polttoaineeksi.

IPTV-palvelun pilotointi

Diplomityössä kehitettiin teleoperaattorille IPTV-palvelu (Internet Protocol Television) tietyillä rajatuilla ominaisuuksilla, kehitettiin IPTV-palvelulle uusi käyttöliittymä ja pilotoitiin uutta palvelua. Pilotoinnin tarkoituksena oli saada kokemusta uudentyyppisten tv-palvelujen käyttöönotosta. Pilotoinnin lopuksi koottiin pilottikäyttäjiltä saatu palaute ja analysoitiin palvelua sen perusteella. Työn taustatieto-osuudessa määritellään IPTV ja siihen tyypillisimmin kuuluvat palvelut. Lisäksi selvitetään, millaisia ovat IPTV:ssä käytetyt tekniikat ja verkkoarkkitehtuuri. Taustatiedoissa esitellään myös palvelun käyttäjän kokeman laadun parametrit ja kerrosmalli. Samalla tuodaan esiin menetelmät erityisesti kuvanlaadun ja käytettävyyden parantamiseksi. Opittavuus ja helppokäyttöisyys sekä viihteellisyys ja miellyttävyys on tunnistettu tärkeimmiksi käytettävyyden osa-alueiksi elinkaarensa alkupäässä olevissa IPTV-palveluissa. Diplomityön toteutusosuudessa esitetään työn lähtökohtana ollut vaatimusmäärittely ja sen vaikutus työn rajaukseen. Tämän jälkeen esitellään kehitetyn IPTV-palvelun ominaisuudet, joista tärkeimpinä tuodaan esiin tallennus- ja ajansiirtotoiminnot. Toteutusosuudessa selvitetään myös teleoperaattorin IPTV-verkon rakenne ja toiminta. Seuraavaksi käydään läpi alkuperäisestä käyttöliittymästä tehty analyysi ja analyysin perusteella toteutettu uusi käyttöliittymä, jossa merkittävimmät parannukset on tehty navigaatiorakenteeseen. Lopuksi selvitetään pilotoinnista kerätyt tulokset. Tuloksien perusteella voidaan nähdä, että ajansiirtotoiminnot riittävät takaamaan palvelun omaksumisen, mutta uudet toiminnot vaativat riittävän opastuksen. Tulokset osoittavat myös, että palvelun käytettävyys uudella käyttöliittymällä on tavoitetasolla, vaikkakin toimintojen viiveet heikentävät käyttökokemuksen miellyttävyyttä.

Matalalämpötilaisen hukkalämmön hyödyntäminen kaukolämmön tuotannossa

Työ käsittelee tekniikoita, joilla voidaan hyödyntää matalalämpötilaisia hukkalämpöjä kaukolämmöntuotannossa. Työ esittelee lämpöpumpputekniikkaa, jolla hukkalämmön lähteestä tulevaa lämpöä voidaan lämpötilaltaan nostaa kaukolämpöverkon tarpeita vastaavaksi. Työssä käsitellään lämpöpumppujen kylmäaineita ja niiden soveltuvuutta eri lämpötila-alueisiin. Lisäksi käsitellään hyödyntämisen taloudellisuutta ja ympäristövaikutuksia. Taloudellisuudessa käsitellään investointi- ja käyttökustannukset ja pohditaan niiden pohjalta tuotteiden kaukolämpö- ja kaukokylmähinnoittelua asiakkaille. Työ myös tarkastelee hankkeen kokonaiskannattavuutta Mäntsälän Sähkölle. Kannattavuuslaskelmissa toteutetaan herkkyystarkastelu suurimpien muuttujien osalta. Työ tarkastelee yhdistetyn kylmän- ja lämmöntuotannon soveltuvuutta Mäntsälän keskustan kaukolämpöverkon ja Kapulin kaukolämpöverkon alueelle. Soveltuvuutta tarkastellaan Suomessa ja maailmalla toteutettujen referenssien pohjalta.

Launching the product innovation to a market: case study from a dairy industry

In the environment of ever-changing needs of customers, technologies and competitors, the survival of the company depends on how well it researches, develops and implements new products to the market. The need for development of new products relates to many factors: globalization, international competition which is now underway on a global scale, scientific advances and development of production, changes in consumer preferences and consumer behavior. In this study the focus is on the company form a dairy products industry. This study is aimed to defining the role of product innovation launch strategy in an overall enterprise strategy, and to select the optimal combination of its marketing tools. The main purpose of this study is to determine place and the role of innovative marketing based in the innovation process, and to determine launch and positioning strategies in the general concept of an innovative product. The object of the study is the Russian enterprise, which is aimed to achieve a competitive advantage through the continuous production of new products, upgrade existing ones and improve innovation management practices. Research showed that the differentiation strategy is suitable for launching the dairy industry product innovation to a market.

Simulation of new p-type pixel strip detector with enhanced multiplication effect

This Master’s Thesis is dedicated to the simulation of new p-type pixel strip detector with enhanced multiplication effect. It is done for high-energy physics experiments upgrade such as Super Large Hadron Collider especially for Compact Muon Solenoid particle track silicon detectors. These detectors are used in very harsh radiation environment and should have good radiation hardness. The device engineering technology for developing more radiation hard particle detectors is used for minimizing the radiation degradation. New detector structure with enhanced multiplication effect is proposed in this work. There are studies of electric field and electric charge distribution of conventional and new p-type detector under reverse voltage bias and irradiation. Finally, the dependence of the anode current from the applied cathode reverse voltage bias under irradiation is obtained in this Thesis. For simulation Silvaco Technology Computer Aided Design software was used. Athena was used for creation of doping profiles and device structures and Atlas was used for getting electrical characteristics of the studied devices. The program codes for this software are represented in Appendixes.

Bio-ethanol valorization towards C4s including 1-butanol over metal modified alumina and zeolite catalysts

Bio-ethanol has been used as a fuel additive in modern society aimed at reducing CO2-emissions and dependence on oil. However, ethanol is unsuitable as fuel supplement in higher proportions due to its physico-chemical properties. One option to counteract the negative effects is to upgrade ethanol in a continuous fixed bed reactor to more valuable C4 products such as 1-butanol providing chemical similarity with traditional gasoline components. Bio-ethanol based valorization products also have other end-uses than just fuel additives. E.g. 1-butanol and ethyl acetate are well characterised industrial solvents and platform chemicals providing greener alternatives. The modern approach is to apply heterogeneous catalysts in the investigated reactions. The research was concentrated on aluminium oxide (Al2O3) and zeolites that were used as catalysts and catalyst supports. The metals supported (Cu, Ni, Co) gave very different product profiles and, thus, a profound view of different catalyst preparation methods and characterisation techniques was necessary. Additionally, acidity and basicity of the catalyst surface have an important role in determining the product profile. It was observed that ordinary determination of acid strength was not enough to explain all the phenomena e.g. the reaction mechanism. One of the main findings of the thesis is based on the catalytically active site which originates from crystallite structure. As a consequence, the overall evaluation of different by-products and intermediates was carried out by combining the information. Further kinetic analysis was carried out on metal (Cu, Ni, Co) supported self-prepared alumina catalysts. The thesis gives information for further catalyst developments aimed to scale-up towards industrially feasible operations.