Modelling nonlinear effects in high temperature superconducting magnets

In the future particle colliders, the accelerator magnets keeping the particles on their tracks are required to produce magnetic fields above 20 T. This can be achieved only by using high temperature superconductors. The technology for producing the high temperature superconducting (HTS) conductors is relatively new and only recently the number of HTS conductor manufacturers has started to increase. It was only in 2016, when a 10 kA class Roebel cable made of REBCO tapes was tested in a small study coil, Feather-M0. Followed by that, in 2017 the first Roebel cable based 5 T accelerator magnet prototype Feather-M2 was constructed and tested to examine the prospects of HTS REBCO technology in accelerator magnets. The measurement results suggested that there is still a lot to learn in modelling those magnets. This thesis begins by introducing the readers to the mathematical and physical background for understanding the research presented in the attached publications. The background is followed by the chapters reviewing and synthetizing the publications. The focus in this thesis is on the AC loss modelling and thermal stability modelling. First, AC losses and magnetic field quality are modelled in Feather-M0 using a self-implemented minimum magnetic energy variation principle based simulation tool. Then, the focus is moved on the thermal stability modelling of HTS magnets by formulating the thermal model utlized in this thesis work. Next, the thermal model is utilized for scrutinizing the behavior of Feather-M2 with an inverse problem based modelling approach. Using the Feather-M2 measurement data, the inverse problem solutions are obtained for the thermal model parameters characterizing the magnet in terms of the thermal model. Furthermore, the thermal model is utilized and an optimization problem is formulated in order to determine the maximum stable operation current of Feather-M2. Finally, an energy-extraction system (EES) design for 20 T range magnet is presented and optimized by formulating and solving an optimization problem

Kadettien terveys- ja liikuntakäyttäytyminen

Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää vuonna 2022 upseerin tutkintoon opiskelevien kadettien terveys- ja liikuntakäyttäytymistä sekä niistä johdettujen elintapojen ja vapaa-ajan liikunnan yhteyttä fyysiseen suorituskykyyn. Terveyskäyttäytyminen rajattiin elintapoihin, joiden osalta tähän tutkimukseen poimittiin keskeiset osa-alueet, kuten alkoholin käyttö, tupakointi, nuuskan käyttö ja ruokatottumukset. Liikuntakäyttäytymisen osalta tutkimukseen tarkasteltavaksi näkökulmaksi valikoitui vapaa-ajan liikunta. Tutkimustuloksia on tarkoitus hyödyntää kadettien fyysiseen koulutuksen, opetuksen sekä upseerikasvatuksen kehittämiseen. Tutkimus toteutettiin kvantitatiivisin tutkimusmenetelmin terveys- ja liikuntakäyttäytymiskyselyllä. Kysely oli sen laadun varmistamiseksi laadittu suurimmalta osin aikaisemmista tutkimuksista. Kyselyyn vastasivat syyslukukaudella vuonna 2022 upseerin tutkintoon opiskelevat kadetit kaikilta kadettikursseilta. Kyselyyn kertyi yhteensä 374 vastausta. Kadetit jaettiin vertailun mahdollistamiseksi ryhmiin vuosikursseittain ja puolustushaaroittain mukaan lukien rajavartio-opintosuunnan kadetit. Kadettien fyysinen suorituskyky on pääsääntöisesti hyvällä tasolla ja kadetit harrastavat aktiivisesti liikuntaa. Tätä tulosta kuvaa esimerkiksi kadettien 12 minuutin juoksutestituloksen keskiarvo, joka oli 2902 metriä. Vapaa-ajalla tapahtuvan rasittavan ja kuntoa kehittävän liikunnan kertojen havaittiin olevan heikosti yhteydessä kestävyys ja lihaskuntoon (r=0,22-0,28, p=<0,001). Kestävyysharjoittelun kerrat ja määrät olivat heikosti yhteydessä 12 minuutin juoksutestin (r=0,27, p=<0,001), (r=0,34, p=<0,001), etunojapunnerrustestin (r=0,14, p=0,009), (r=0,13, p=0,015), istumaannousutestin (r=0,16, p=0,003), (r=0,17, p=0,001) tuloksiin sekä lihaskuntopisteisiin (r=0,15, p=0,004), (r=0,16, p=0,003). Lihasvoimaa kehittävän liikunnan harjoituskerrat ja määrät olivat heikosti tai kohtalaisesti yhteydessä vauhdittoman pituushyppytestin (r=0,19, p=<0,001), (r=0,17, p=0,001), etunojapunnerrustestin (r=0,44, p=<0,001), (r=0,41, p=<0,001) ja istumaannousutestin (r=0,27, p=<0,001), (r=0,25, p=<0,001) tuloksiin sekä lihaskuntopisteisiin (r=0,42, p=<0,001), (r=0,38, p=<0,001). Terveellisten elintapojen ja fyysisen kunnon testitulosten välillä havaittiin positiivinen yhteys. Alkoholin käytöllä ja fyysisen suorituskyvyn välillä havaittiin käänteinen yhteys, mikäli alkoholia käytettiin kuusi annosta tai enemmän yhdellä käyttökerralla. Tupakoinnin ja nuuskan käyttäjien ryhmässä vähäisellä tupakan poltolla tai nuuskan käytöllä oli positiivinen yhteys fyysisen kunnon testituloksiin. Ruokatottumusten, kuten pääruoka-aineiden, viljavalmisteiden sekä pähkinöiden, siementen ja manteleiden syönnillä oli positiivisia yhteyksiä fyysiseen suorituskykyyn. Kadetit harrastavat aktiivisesti rasittavaa ja kuntoa kehittävää liikuntaa sekä kestävyys ja lihasvoimaa kehittävää liikuntaa ja ovat pääsääntöisesti hyvässä fyysisessä kunnossa. Rasittavan ja kuntoa kehittävän liikunnan lisääminen harjoitusohjelmaan saattaa parantaa kuntotestien tuloksia ja fyysistä suorituskykyä. Epäterveellisten elintapojen vähentäminen voi näkyä myös parempina fyysisen kunnon tuloksina, vaikka tässä tutkimuksessa syy-seuraussuhteita ei voida todentaa. Päivittäisen jaksamisen ja fyysisen suorituskyvyn kannalta kadettien tulisi syödä ravitsemussuositusten mukaisesti

Kinetic energy harvesting potential of grazing livestock

In the past two decades, wearable precision livestock farming (PLF) technologies for animal welfare and precision pasture management have been researched. Numerous solutions are being designed and marketed for monitoring animal health, shelter and location while improving production output and food security. Most of these devices are battery powered. A species-specific kinetic energy harvesting (KEH) device would enable autonomous PLF applications without the use of disposable batteries or the need for recharging. In this paper we present a novel research methodology for measuring and analyzing livestock locomotion potential for KEH applications by employing 3-D accelerometers. The data is collected from leg, collar, ear, and pendant positions during continuous free grazing experiments conducted on Eastern and Western Finncattle. The accelerometers are placed in specially designed 3-D printed cases and secured to livestock with a collar and a pedometer strap. The ear sensors are attached on the existing ear tags by using 3M™ Dual Lock™ straps which allow for secure and painless mounting. The instruments are collected after each 6 hour long experiments and analysis reveals aperiodic locomotion characteristics with specific motions displaying promise for employment of electromagnetic KEH. Specific locomotion frequencies have been extracted and analyzed from time series acceleration data.publishedVersionPeer reviewe

Alueellisen taloustiedon tietokanta

Tutkimushankkeessa täydennettiin kansantalouden tilinpidon aluetilinpitoa tuottamalla päivitetyt, alueelliset kysyntä- ja tarjontataulukot, kehittämällä alueelliset tilinpidon matriisit ja kuvaamalla sektoreiden väliset tulonsiirrot. Tavoitteena oli, että hanke tukisi talouspoliittista suunnittelua ja vaikutusarviointia läpinäkyvällä tavalla sekä aineistojen että niitä hyödyntävien mallien avulla. Hankkeessa tuotettiin alueelliset panos-tuotosaineistot Tilastokeskuksen (TK) aluetilinpidon julkaisutasolla. Tämän projektin pohjalta tapahtunut aluetilinpidon tietopohjan parantaminen tukee tulevaisuudessa julkisten sektorien kestävyyden ja maakuntien tarpeiden arviointia, ennakointia ja yhteensovittamista. Hankkeessa sovellettiin uusia aineistoja vuosien 2008 – 2014 laman aikana tapahtuneen rakennemuutoksen kuvaamiseen ja aluetalouden kehityksen ennakointiin. Tutkimuksessa myös julkaistiin tuotetuista aineistoista koottu tietokanta, joka soveltuu alueellisella tasapainomallilla tehtävään analyysiin. Tietokanta esitettiin REFINAGE-tasapainomallin käyttämässä muodossa, ja hankkeen yhteydessä julkaistiin lisäksi FINAGE/REFINAGE-mallin kuvaus mallikoodeineen. Hankkeessa kehitettiin sähköisiä tietosisältöjä, joten hankkeen päätulokset löytyvät PTT ry:n ylläpitämällä sivustolla osoitteessa: http://www.ptt.fi/julkaisut-ja-hankkeet/kaikki-hankkeet/alueellisen-taloustilastojen-tietokanta-alta.htm

Continuous flux measurements of VOCs using PTR-MS — reliability and feasibility of disjunct-eddy-covariance, surface-layer-gradient, and surface-layer-profile methods

Peer reviewe

Role of de novo biosynthesis in ecosystem scale monoterpene emissions from a boreal Scots pine forest

Peer reviewe

Winter to spring transition and diurnal variation of VOCs in Finland at an urban background site and a rural site

Peer reviewe

Knowledge transfer of climate-ecosystem-interactions between science and society — Introducing the Climate Whirl concept

Peer reviewe

Characterization of total ecosystem-scale biogenic VOC exchange at a Mediterranean oak–hornbeam forest

Recently, the number and amount of biogenically emitted volatile organic compounds (VOCs) has been discussed in great detail. Depending on the ecosystem, the published number varies between a dozen and several hundred compounds. We present ecosystem exchange fluxes from a mixed oak-hornbeam forest in the Po Valley, Italy. The fluxes were measured by a proton transfer reaction-time-of-flight (PTR-ToF) mass spectrometer and calculated using the eddy covariance (EC) method. Detectable fluxes were observed for up to 29 compounds, dominated by isoprene, which comprised over 60aEuro-% of the total upward flux (on a molar basis). The daily average of the total VOC upward flux was 10.4aEuro-nmolaEuro-m(-2)aEuro-s(-1). Methanol had the highest concentration and accounted for the largest downward flux. Methanol seemed to be deposited to dew, as the downward flux happened in the early morning, right after the calculated surface temperature came closest to the calculated dew point temperature. We estimated that up to 30aEuro-% of the upward flux of methyl vinyl ketone (MVK) and methacrolein (MACR) originated from atmospheric oxidation of isoprene. A comparison between two methods for the flux detection (manual and automated) was made. Their respective advantages and disadvantages were discussed and the differences in their results shown. Both provide comparable results.Peer reviewe

Sources of long-lived atmospheric VOCs at the rural boreal forest site, SMEAR II

Peer reviewe