First-order perturbative calculation of the frequency-shifts caused by static cylindrically-symmetric electric and magnetic imperfections of a Penning trap

The ideal Penning trap consists of a uniform magnetic field and an electrostatic quadrupole potential. Cylindrically-symmetric deviations thereof are parametrized by the coefficients Bn and Cn, respectively. Relativistic mass-increase aside, the three characteristic eigenfrequencies of a charged particle stored in an ideal Penning trap are independent of the three motional amplitudes. This three-fold harmonicity is a highly-coveted virtue for precision experiments that rely on the measurement of at least one eigenfrequency in order to determine fundamental properties of the stored particle, such as its mass. However, higher-order contributions to the ideal fields result in amplitude-dependent frequency-shifts. In turn, these frequency-shifts need to be understood for estimating systematic experimental errors, and eventually for correcting them by means of calibrating the imperfections. The problem of calculating the frequency-shifts caused by small imperfections of a near-ideal trap yields nicely to perturbation theory, producing analytic formulas that are easy to evaluate for the relevant parameters of an experiment. In particular, the frequency-shifts can be understood on physical rather than purely mathematical grounds by considering which terms actually drive them. Based on identifying these terms, we derive general formulas for the first-order frequency-shifts caused by any perturbation parameter Bn or Cn.Comment: 18 pages, 1 figure, 0 tables. Accepted manuscript subsequently published. Streamlined the introduction. Optimized choice of summation variable

Design a seasonal thermal energy storage for building heating and cooling

Kasvihuonekaasupäästöjen vähennystavoitteet ja kasvava kilpailu lämmityksen hinnasta on luonut tarpeen kehittää parempia ratkaisuja rakennusten lämmön- ja jäähdytyksentarpeen kattamiseksi. Tässä työssä on kuvattu simulointimalli, jonka avulla pystytään mitoittamaan kausilämpövarasto lämmitysjärjestelmään, jossa tuotetaan koko lämmöntarve aurinkolämmöllä. Kausilämpövarasto on suunniteltu niin, että sen avulla pystytään myös jäähdyttämään asuntoja kesällä. Simulointimalli on luotu Comsol Multiphysics ohjelmistolla, jonka avulla kausilämpövaraston toimintaa pystytään tarkastelemaan. Esimerkkikohteena työssä käytettiin Tampereella sijaitsevan asunto-osakeyhtiön lämmönkäytön tuntimitattua dataa. Lämmöntuotantoon simulointimallissa käytettiin Tanskassa sijaitsevan aurinkolämpövoimalan tunneittain mitattua tuotantodataa. Kulutuksen ja tuotannon välinen ero joko säilöttiin tai käytettiin kausilämpövarastosta. Mitoitusehtona käytettiin säiliön yläpään lämpötilaa, joka ei saanut laskea normaalina vuotena alle 50 °C:n keväällä. Säiliön pohjakerroksen lämpötila ei myöskään saanut nousta yli 15 °C elokuun loppuun mennessä. Simulointimallin herkkyyttä testattiin kaikkien tärkeimpien parametrin muutokselle useita kertoja ja tulokset tallennettiin Excel-tiedostoon. Tulokset muuttuivat kuitenkin oletettavalla tavalla parametreja muutettaessa. Työhön löytyi vertailukohteeksi vastaavalla lämmönkulutuksella oleva rakennus, joka lämmitettiin kokonaan aurinkolämmöllä. Kyseisessä järjestelmässä päädyttiin saman kokoiseen kausilämpövarastoon kuin tässä työssä. Työssä saadut tulokset osoittavat, että tarkastellun asunto-osakeyhtiön lämmityksen ja jäähdytyksen tarve pystytään kattamaan kokonaan 356 m2:llä aurinkolämpökeräimiä, joiden ylituotanto kesällä ohjataan 1400 m3:n kausilämpövarastoon. Aurinkolämmöllä lämmitettävän kausilämpövaraston hintaa verrattiin maalämpöön ja kaukolämpöön

Classical calculation of relativistic frequency-shifts in an ideal Penning trap

The ideal Penning trap consists of a uniform magnetic field and an electrostatic quadrupole potential. In the classical low-energy limit, the three characteristic eigenfrequencies of a charged particle trapped in this configuration do not depend on the amplitudes of the three eigenmotions. No matter how accurate the experimental realization of the ideal Penning trap, its harmonicity is ultimately compromised by special relativity. Using a classical formalism of first-order perturbation theory, we calculate the relativistic frequency-shifts associated with the motional degrees of freedom for a spinless particle stored in an ideal Penning trap, and we compare the results with the simple but surprisingly accurate model of relativistic mass-increase.Comment: 8 pages, 0 figures, 1 table; Accepted manuscript subsequently published with a slightly extended description of the perturbative metho

The science case of the FRS Ion Catcher for FAIR Phase-0

The FRS Ion Catcher at GSI enables precision experiments with thermalized projectile and fission fragments. At the same time it serves as a test facility for the Low-Energy Branch of the Super-FRS at FAIR. The FRS Ion Catcher has been commissioned and its performance has been characterized in five experiments with 238U and 124Xe projectile and fission fragments produced at energies in the range from 300 to 1000 MeV/u. High and almost element-independent efficiencies for the thermalization of short-lived nuclides produced at relativistic energies have been obtained. High-accuracy mass measurements of more than 30 projectile and fission fragments have been performed with a multiple-reflection time-of-flight mass spectrometer (MR-TOF-MS) at mass resolving powers of up to 410,000, with production cross sections down to the microbarn-level, and at rates down to a few ions per hour. The versatility of the MR-TOF-MS for isomer research has been demonstrated by the measurement of various isomers, determination of excitation energies and the production of a pure isomeric beam. Recently, several instrumental upgrades have been implemented at the FRS Ion Catcher. New experiments will be carried out during FAIR Phase-0 at GSI, including direct mass measurements of neutron-deficient nuclides below 100Sn and neutron-rich nuclides below 208Pb, measurement of β-delayed neutron emission probabilities and reaction studies with multi-nucleon transfer.Peer reviewe

Simulations of injection optics for an RFQ cooler and buncher

This report is about injection of ions to a new RFQ (which stands for a Radio Frequency Quadrupole) cooler & trap which will be built at ISOLDE, CERN. This device brings very good advantages to existing beamline - for instance, lower emittance in transversal plane and lower energy spread in longitudinal direction. It will be possible to bunch the beam. Lower emittance means that ions can be focused to smaller spot thus improving precision of measurements. For laser experiments bunched beam is much more useful compared to continuous beam. Bunch can be adjusted such that lasers are synchronized with the ion bunch thus increasing signal-to-background ratio. Using buffer gas cooling is also very cost effective and easy to operate - there is only a few tunable parameters in the RFQ. Buffer gas cooling is effective only if ions are much heavier than the buffer gas. Usually this is the case at ISOLDE. One of the most crucial part in the whole RFQ project is the injection. Because of the presence of buffer gas, RF rods must be enclosed in a vessel that holds the buffer gas. To prevent buffer gas from reaching high vacuum areas, there is only narrow hole through which ions must pass. Because of this and deceleration of ions injection is not a straight forward procedure. At present, there exists several working RFQ coolers in the world many of which are in EXOTRAP collaboration. For instance, in Jyväskylä, Finland RFQ cooler is used as an injector to laser experiments and for injector to a Penning trap which requires very high quality beam. Simulations related to this report have been conducted at CERN during the summer 2002

Design a seasonal thermal energy storage for building heating and cooling

Kasvihuonekaasupäästöjen vähennystavoitteet ja kasvava kilpailu lämmityksen hinnasta on luonut tarpeen kehittää parempia ratkaisuja rakennusten lämmön- ja jäähdytyksentarpeen kattamiseksi. Tässä työssä on kuvattu simulointimalli, jonka avulla pystytään mitoittamaan kausilämpövarasto lämmitysjärjestelmään, jossa tuotetaan koko lämmöntarve aurinkolämmöllä. Kausilämpövarasto on suunniteltu niin, että sen avulla pystytään myös jäähdyttämään asuntoja kesällä. Simulointimalli on luotu Comsol Multiphysics ohjelmistolla, jonka avulla kausilämpövaraston toimintaa pystytään tarkastelemaan. Esimerkkikohteena työssä käytettiin Tampereella sijaitsevan asunto-osakeyhtiön lämmönkäytön tuntimitattua dataa. Lämmöntuotantoon simulointimallissa käytettiin Tanskassa sijaitsevan aurinkolämpövoimalan tunneittain mitattua tuotantodataa. Kulutuksen ja tuotannon välinen ero joko säilöttiin tai käytettiin kausilämpövarastosta. Mitoitusehtona käytettiin säiliön yläpään lämpötilaa, joka ei saanut laskea normaalina vuotena alle 50 °C:n keväällä. Säiliön pohjakerroksen lämpötila ei myöskään saanut nousta yli 15 °C elokuun loppuun mennessä. Simulointimallin herkkyyttä testattiin kaikkien tärkeimpien parametrin muutokselle useita kertoja ja tulokset tallennettiin Excel-tiedostoon. Tulokset muuttuivat kuitenkin oletettavalla tavalla parametreja muutettaessa. Työhön löytyi vertailukohteeksi vastaavalla lämmönkulutuksella oleva rakennus, joka lämmitettiin kokonaan aurinkolämmöllä. Kyseisessä järjestelmässä päädyttiin saman kokoiseen kausilämpövarastoon kuin tässä työssä. Työssä saadut tulokset osoittavat, että tarkastellun asunto-osakeyhtiön lämmityksen ja jäähdytyksen tarve pystytään kattamaan kokonaan 356 m2:llä aurinkolämpökeräimiä, joiden ylituotanto kesällä ohjataan 1400 m3:n kausilämpövarastoon. Aurinkolämmöllä lämmitettävän kausilämpövaraston hintaa verrattiin maalämpöön ja kaukolämpöön

Selection criteria for car rental customers at Helsinki Airport : Customer survey

The goal of this thesis is to find out the criteria on which customers base their decisions when renting a car at Helsinki Airport. Differences in customer segments and profiles are also analyzed. The second goal of the thesis is to discover if the new train connection opened to Helsinki airport in July 2015 will affect the car rental market there. The theoretical part of the thesis introduces car rental industry in general, the market at Helsinki airport, and marketing factors within this industry. The empirical part includes the results of a face-to-face customer survey. The survey was conducted in the rental car parking hall at Helsinki Airport with randomly selected customers, using quantitative and qualitative methods. The responses were analyzed with the Webropol and the Microsoft Excel software. The results show that the most important reasons for customers’ selection are price-related factors and contracts between their companies and the rental car provider. The single most important factor stated by the respondents was price. The commissioner of this thesis will be able to use the obtained results and infor-mation to develop and target their marketing activities more efficiently.Tämän opinnäytetyön tavoitteena on selvittää asiakkaiden kriteerit vuokra-auton valintaan Helsinki-Vantaan lentoasemalla. Myös eri asiakasryhmien välisiä eroja tarkastellaan. Opinnäytetyössä selvitetään myös, vaikuttaako uusi, vuoden 2015 heinäkuussa avautunut junayhteys Helsinki-Vantaan lentoaseman vuokra-automarkkinoihin. Opinnäytetyön teoreettisessa osassa esitellään vuokra-autoalaa yleisesti ja Helsinki-Vantaan lentoasemalla sekä markkinoinnin osa-alueita tällä alalla. Empiirinen osa sisältää haastattelemalla tehdyn asiakaskyselyn tulokset. Kysely toteutettiin vuokra-autojen pysäköintihallissa Helsinki-Vantaalla satunnaisesti valituille asiak-kaille käyttäen kvantitatiivista ja kvalitatiivista tutkimusmenetelmää. Vastaukset analysoitiin Webropol- ja Microsoft Excel -ohjelmilla. Tulokset osoittavat, että tärkeimmät syyt asiakkaan tekemään valintaan ovat hintaan liittyvät tekijät ja sopimukset asiakkaan edustaman yhtiön ja vuokra-autoyrityksen välillä. Tärkein yksittäinen kriteeri vuokra-auton valinnassa on vastaajien mukaan hinta. Opinnäytetyön toimeksiantaja voi käyttää tuloksia ja tarjottua tietoa markkinointinsa kehittämiseen ja keskittämiseen tehokkaammaksi

Mass Measurements of Proton-rich Nuclei with JYFLTRAP

The Penning trap setup JYFLTRAP, connected to the IGISOL facility, has been extensively used for atomic mass measurements of exotic nuclei. On the proton rich side of the chart of nuclei mass measurements have mostly contributed to fundamental physics and nuclear astrophysics studies with about 100 atomic masses measured.peerReviewe

Keittolipeän koostumuksen vaikutus viherlipeämassan ominaisuuksiin

Diplomityössä tutkitaan semikemiallisiin massoihin luettavan viherlipeämassan valmistusta, viherlipeän ominaisuuksien vaikutusta massan keittymiseen ja massasta valmistettujen arkkien ominaisuuksiin. Kirjallisuusosuudessa tutustutaan yleisesti viherlipeään, viherlipeäprosessiin ja viherlipeämassan käyttökohteisiin sekä näiden vaatimiin massaominaisuuksiin. Diplomityön kokeellinen osuus koostuu sekä laboratorio- että tehdaskokeista. Tutkimusongelman selvittämiseksi kehitettiin ensin sopiva koekeittomenetelmä laboratoriokeittimellä. Viherlipeää modifioiden pyrittiin löytämään keitto-olosuhde, jossa valmistuneen massan lujuusominaisuudet olisivat mahdollisimman hyvät. Toisessa vaiheessa tutkimuksia suoritettiin tehdasmittakaavassa vastaavanlaisilla menetelmillä. Puumateriaalin molemmissa vaiheissa oli koivuhake. Tutkimustulokset osoittavat, että viherlipeäkeitto vaatii tarkat keitto-olosuhteet. Massojen ominaisuudet vaihtelivat runsaasti, vaikka niitä vertailtiin samassa jauhatusasteessa ja samalla saantoalueella. Erityisesti tehtaalla onkin tärkeää hallita prosessiolosuhteita hyvin. Laboratoriomittausten perusteella todettiin, että laadukkainta viherlipeämassaa saadaan prosessista, jonka viherlipeän sulfiditeettitaso on noin 75 % ja aktiivialkalitaso on noin 80 g NaOH/1. Vertailtaessa muita viherlipeitä soveltuvimpaan viherlipeään havaittiin, että jos lipeän alkalitasoa nostetaan, niin keiton saanto alkaa pienentyä, mutta massan lujuuteen se ei vielä juuri vaikuta. Alhaisemmalla viherlipeän alkalisuuden tasolla massan lujuus sitä vastoin heikkenee ja massasta tulee tikkuisempaa. Massan lujuuteen vaikuttaa eniten kuitenkin viherlipeän sulfiditeetti. Lipeän ollessa sulfiditeetiltaan 60 - 65 % massa on kaikkein heikointa ja vähiten jäykkää. Sulfiditeetilla 85 % massa on vähän lujempaa. Soveltuvin viherlipeän sulfiditeetti on tältä väliltä eli 75 %, jolloin massasta tulee lujinta. Lisäksi mittauksilla havaittiin, että viherlipeän valmistuspaikalla on vaikutusta valmistettavan massan laatuun. Tehdaskokeen perusteella saatiin sulfiditeettitason suhteen sama tulos, vaikka tehtaan viherlipeäprosessin vaihtelut kuitenkin haittasivat mittauksia. Lisäksi havaittiin, että massan käsittely on tehtaalla rajumpaa, mikä aiheuttaa lujuushäviöitä. Laboratoriokeittojen massojen lujuusominaisuudet olivatkin paremmat kuin tehdaskoemassojen