Soveltavaa tutkimusta fysiikan laitoksella Markku Kataja
Jyväskylän yliopisto Lontoo Pariisi Berliini perustettu 1934 Suomen suurimpia yliopistoja kokonaisrahoitus 182,3 M 7 tiedekuntaa n. 16 400 opiskelijaa henkilöstöä n. 2 600 Madrid Rooma Ateena
Organisaatio HALLITUS REHTORI HALLINTOVIRASTO TIEDEKUNNAT ERILLISLAITOKSET HUMANISTINEN TIEDEKUNTA 5 laitosta Soveltavan kielentutkimuksen keskus INFORMAATIOTEKNOLOGIAN TIEDEKUNTA 3 laitosta KASVATUSTIETEIDEN TIEDEKUNTA 2 laitosta Normaalikoulu LIIKUNTA- JA TERVEYSTIETEIDEN TIEDEKUNTA 3 laitosta MATEMAATTIS-LUONNON- TIETEELLINEN TIEDEKUNTA 4 laitosta Konneveden tutkimusasema TALOUSTIETEIDEN TIEDEKUNTA YHTEISKUNTATIETEELLINEN TIEDEKUNTA 2 laitosta AGORA CENTER AVOIN YLIOPISTO KIELIKESKUS KIRJASTO KOKKOLAN YLIOPISTOKESKUS CHYDENIUS KOULUTUKSEN ARVIOINTISIHTEERISTÖ KOULUTUKSEN TUTKIMUSLAITOS MUSEO TIETOHALLINTOKESKUS TÄYDENNYSKOULUTUSKESKUS YMPÄRISTÖNTUTKIMUSKESKUS
Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Laitokset: Bio- ja ympäristötieteiden laitos Fysiikan laitos Kemian laitos Matematiikan ja tilastotieteen laitos Perustettu 1965 Henkilökunta: ~530 Professorit 47 Muut opettajat 100 Tutkijat 270 Muu henkilöstö 90 Opiskelu: Opiskelijat 2600 Maisterin tutkinnot/v 190 Tohtorin tutkinnot/v 30 Suomen Akatemian nimeämät huippututkimusyksiköt: Evoluutiotutkimus Geometrinen analyysi ja matemaattinen fysiikka Virologia Ydin- ja kiihdytinfysiikka
Fysiikan laitos (JYFL) Tunnuslukuja (2006): Henkilökuntaa 166 (professoreja 12, hallinnossa 4) Maisteriopiskelijoita 530, jatko-opiskelijoita 70 Valmistuneita maistereita 38, tohtoreita 14 Budjetti 11.3 M, n. 45 % ulkopuolelta Fysiikan laitos harjoittaa kokeellista ja teoreettista perustutkimusta ja soveltavaa tutkimusta. Päätutkimusalat: Ydinfysiikka Materiaalifysiikka Suurenergiafysiikka (=hiukkasfysiikkaa ja kosmologiaa) Soveltava tutkimus: Kiihdytinpohjaiset sovellukset Nanoteknologia Teollisuusfysiikka
Kiihdytinlaboratorion resurssit ja sovellukset Yhteyshenkilöt: Ari Virtanen ari.virtanen@phys.jyu.fi +358 14 260 2358 Timo Sajavaara timo.sajavaara@phys.jyu.fi +358 14 260 2425
Henkilöresurssit Perustutkimuksessa Kokeellinen ja teoreettinen ydinja kiihdytinfysiikka 6 tiimiä, joissa 4 prof. ja 14 tohtoritason tutkijaa 16 jatko-opiskelijaa Soveltavassa tutkimuksessa Kokeellinen materiaalifysiikka Valmius myös teoll. sovelluksiin 1 tiimi, jossa 1 prof. ja 2 tohtoritason tutkijaa 5 jatko-opiskelijaa Teollisissa sovelluksissa Tutkimuslaitteiden, -tulosten ja osaamisen hyödyntäminen 1 tiimi, jossa 2 tohtoritason tutkijaa 5 jatko-opiskelijaa Kiihdyttimien operoinnista huolehtii 9 teknistä henkilöä. Lisäksi laitoksen yhteisissä mekaniikan ja elektroniikan työpajoissa työskentelee 13 teknisen alan henkilöä
Teolliset sovellukset Elektroniikan säteilynkeston testaus Radioisotooppituotanto Suodatinkalvojen valmistus Materiaalien analyysit Muu palvelututkimus: Paperiteollisuus Sädehoito, dosimetria Energia, ympäristö Yhteyshenkilö: Ari Virtanen
Esimerkkejä sovelluksista Kiihdytinlaboratoriossa tuotetaan viikoittain 123-jodia, jonka lääkeyritys jalostaa sairaalakäyttöön. Gamma-/PET -kamerakuva Sädehoitokenttää mittaavan ilmaisimen kehittäminen johti patenttiin Neutronisäteilyn avulla voidaan tutkia mm. puun tai turpeen kosteutta sekä biopolttoaineiden epäpuhtauksia Betasäteilyä voidaan soveltaa mm. paperin neliömassamittauksiin.
Mikrofiltterikalvot Hiukkassuihkulla voidaan kontrolloidusti porata reikiä ohuisiin kalvoihin. Näin voidaan tuottaa mikrometrin kokoluokassa (bakteerit, pienhiukkaset) toimia suodattimia. Esimerkki: kosteus ja lämpö poistuvat auton valokotelosta, mutta vesi ja pöly eivät pääse sisään. Breather
Pelletron kiihdytin Lahjoitus VTT:ltä syyskuussa 2006 Käytössä olevat analyysimenetelmät: Alkuainekoostumus syvyyden suhteen Kalvon paksuuden mittaus Vetypitoisuus näytteessä Protonisuihkulitografia Ominaisuuksia: Nopea Raskaille ioneille syvyys useita µm Havaitaan jopa ppm-pitoisuudet Yhteyshenkilö: Timo Sajavaara
Nanotiedekeskus (NSC) Matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta Kemia Fysiikka Bio- ja ympäristötieteet Nanoscience Center Yhteyshenkilö: RIIKKA REITZER, Manager, industrial services reitzer@cc.jyu.fi +358 50 427 3078
NSC: Poikkitieteellistä tutkimusta 14 professoria, ~ 100 tutkijaa kattava laitekanta puhdastila 200 m 2 (< 100 ple/ft 3 ) häiriösuojatut mittaushuoneet optiset laboratoriot solu- ja virusviljelylaboratoriot nelikantayhteistyö JY, TKK, VTT, TTY
Tutkimusalat nanotieteissä Teoreettinen nanotiede Esim. erittäin kylmien kaasujen tai molekyyli-metalli liitosten tutkimus Spektroskopia Esim. kehittyneen laser-teknologian osaaminen (UV-IR + fs aikaskaala) Nanoelektroniikka Esim. yksittäisten molekyylien (DNA, hiilinanoputki) käyttö sensoreina Supramolekyylit ja nanokemia Esim. itsejärjestyvät rakenteet, rakenteellisen kemian tutkimus Pehmeiden materiaalien ominaisuudet Esim. orgaanisten materiaalien mekaaniset ominaisuudet Mesoskooppinen fysiikka Esim. erittäin herkkien lämpötila- tai säteilyantureiden kehitys Molekyylien tunnistus Esim. proteiinien atomirakenne
Mittausympäristöjä: Mikroskoopit - elektroni, atomivoima, optiset, fluoresenssi, Raman, röntgen, Filmin paksuus ja pinnan karkeus Spektrometria - Optiset -, massa-, fs-laser spektrometrit, röntgendifraktio, NMR, Litografialaitteistot ja alustalle kasvatus Kattavat perusfysiikan mittaukset - esim. sähköiset, magneettiset ja termiset ominaisuudet Kylmäfysiikan ja tyhjiötekniikan osaaminen - esim. kryostaatit, heliumvuotojen mittarit, alle 10 K tyhjiöympäristöt
Yritystoimintaa nanotalossa NSC haluaa edistää nanoteknologian (teollisten) sovellusten kehittymistä ja käyttöönottoa toimintatilat ja apua markkinoinnissa (pienille) spin-off yrityksille asiantuntijapalvelut yrityksille (mittaukset, osaaminen, toimistotilat) Esimerkki: Amroy Europe Ltd. kehitti uuden epoksimateriaalin (Hybtonite), jota on lujitettu hiilinanoputkien avulla. Käyttökohteita: Montreal jääkiekkomailat Karhu pesäpallomailat Peltonen sukset yli 200 muuta asiakasta Paras nanotuote 2006
Teollisuusfysiikka Yhteyshenkilöt: Markku Kataja Markku.Kataja@phys.jyu.fi +358 14 260 2365 Jussi Timonen Jussi.Timonen@phys.jyu.fi +358 14 260 2376
Teollisuusfysiikan tutkimusalat Pehmeän ja epäjärjestyneen aineen fysiikka Monifaasivirtaukset Teollisten prosessien mallinnus Monifaasivirtaukset: Numeerinen analyysi Mittausmenetelmien kehittäminen Huokoiset materiaalit: Kuljetusilmiöiden suora numeerinen simulointi Röntgenmikrotomografia: aineiden 3D rakenne µm skaalassa Kokeelliset menetelmät: huokoisuus, diffusiviteetti, permeabiliteetti, Epäjärjestyneen (kuitumaisen) aineen rakenne: Suorat tilastolliset simuloinnit Tilastollinen mallinnus
Röntgentomografian sovellukset heterogeenisten materiaalien tutkimuksessa.
Heterogeenisten aineiden sovellusten kannalta tärkeitä ominaisuuksia: Mekaaniset ominaisuudet Lujuus Kimmo-ominaisuudet Dynaamiset ominaisuudet (esim. äänen eteneminen) Kuljetusominaisuudet Virtausominaisuudet Diffuusio Lämmönjohtuminen Sähkönjohtuminen
Tarkkuusröntgentomografia Materiaalia vahingoittamaton menetelmä, joka sopii monien heterogeenisten materiaalien mikrorakenteen 3D kuvantamiseen. Mittausperiaate: Näytettä pyöritetään röngensäteessä Lähes pistemäinen röntgenlähde Röntgen CCD kamera Suurennus/resoluutio määräytyy näytteen paikasta lähteen ja kameran välissä. Kuvaus Projektiokuvat Rekonstruoitu 3D rakenne
Röntgentomografiatekniikat 1) Synkrotronisäteilyyn perustuva menetelmä (esim. European Synchrotron Radiation Facility, ESRF, Grenoble) -Erittäin hyvä kuvan laatu -Paras resoluutio alle 1 µm -Kallis. ESRF - The European Synchrotron Radiation Facility, Grenoble 2) Kaupalliset laitteet -Hyvä kuvan laatu -Resoluutio alle. 1 µm, parhaissa jopa ~50 nm! -Suhteellisen halpa hinta
Käyttö teollisuuden laadunvalvonnassa
Päällystetty kartonki. Tasonsuuntaiset halkileikkauskuvat (kuvan resoluutio ~0.9 µm, ESRF_ID19) Pintakerros Keskikerros 1.4 mm Päällyste (savipartikkeleita). Puukuituja Täyteainepartikkeleita (savi)
Päällystetty kartonki. Sivusuuntainen halkileikkauskuva (kuvan resoluutio ~0.9 µm, ESRF_ID19)
Esim: Pohjapaperin ja päällystekerroksen vuorovaikutus Segmentointi Eri tiheyden omaavat materiaalit voidaan erotella ja analysoida erikseen kuvankäsittelyn keinoin Päällysteen paksuuskartta (+reikäanalyysi) Paperin pintakerroksen paksuuskartta Koko pohjapaperin paksuuskartta
Esim: Mineraalien jakautuminen geologisessa materiaalissa Geologinen näyte Uraanimalmin 3D jakautuma graniitissa
Esim: Röntgentomografia + Numeriikka Pisaran tunkeutuminen paperin rakenteeseen Koejärjestely Num. simulointi + paperin tomografiakuva
http://www.jyu.fi/fysiikka