Structure and stability of vortices in dilute Bose-Einstein condensates

Since the first realizations of Bose-Einstein condensation in dilute alkali-atom vapours in 1995, these novel quantum gases have attracted wide interest. The main focus of the research has been on finding out the coherence and superfluidity properties of the condensates. From the theoretical point of view, these systems provide a rare possibility to model an interacting many-particle system exhaustively and quantitatively accurately from first-principles quantum field theories. However, the challenge of developing a correct and computationally feasible finite-temperature formalism still remains. The coherence and superfluidity properties are intimately related to the existence and stability of quantized vortices. In this thesis, the structure and stability of vortex states in weakly interacting Bose-Einstein condensates is investigated within microscopic finite-temperature mean-field theories. An effective scheme for computationally solving the Bogoliubov-de Gennes quasiparticle eigenequations is developed, and applied to study the microscopic structure of vortex states in partially condensed vapours. In contrast to experimental observations and the predictions of the zero-temperature Bogoliubov approximation, stationary vortex states are found to be metastable within the self-consistent Popov approximation and its extensions even in the zero-temperature limit. The reasons underlying this discrepancy are analysed in detail. A criterion for the validity of stationary mean-field approximations in modelling slowly time-dependent systems is derived, and applied to precessing off-axis vortex states. Under typical experimental conditions moving vortices are shown to be deformed due to the inability of the thermal cloud to follow the vortex core rigidly. Consequently, the validity of the commonly used stationary mean-field theories in describing such states is shown to be questionable. Finally, an analysis of uniformly precessing off-axis vortex states within a fully time-dependent Popov approximation is presented. Even dynamically deformed vortices are shown to become energetically metastable as the vortex core is partially filled with noncondensed gas in the course of thermalization. This self-stabilization mechanism of vortex states, shown to occur under very general circumstances, is an inherent property of all self-consistent formalisms having a structure similar to the Popov approximation. However, it is argued to be affected by the improper treatment of the noncondensate dynamics within these formalisms, and the need for a theory taking properly into account the coupled dynamics of the condensate and the noncondensate in modelling vortex states is emphasized. The computational scheme developed is also applied to investigate possibilities to energetically stabilize multiply quantized vortex states by piercing an externally rotated condensate with a blue-detuned laser beam.reviewe

Self-cleaning technologies on solar modules and their effect on performance

Solar PV systems are being installed all over the world now more than ever. Global energy crisis is leading countries to develop more policies on energy sector, especially creating incentives for renewable energies so that the production would slowly shift towards more environmentally sustainable forms. One interesting form of renewable energy is the solar PV, as it is quite care-free production method, however currently efficiency is low and soiling further lowers the efficiency. Task was to build a small-scale solar PV system on a rooftop to monitor the effect of soiling and how self-cleaning technologies effect the system performance. Components were to be ordered and panels tested on Standard Testing Conditions (STC) before being coated with the chosen self-cleaning technologies. Objective was to find most suitable self-cleaning method for the subtropical climate in Thailand. Results were analyzed by using quantitative methods to raw numerical data, and as a whole the study was analyzed as a case-study. Scientific sources were mainly from the internet, but some of the sources were gathered by interviewing personnel of JGSEE and CSSC. Raw data was gathered with suitable datalogging machine and analyzed with Excel. Result was to find out which type of self-cleaning method would be the most suitable for Thailand’s climate, and see how it impact the panel performance. Hypothetically company-made hydrophilic coating should’ve been the best type of coating to be used, but results show that the most suitable coatings are actually self-made synthetized coatings and hydrophobic coatings. As a conclusion, throughout planning should be made when planning to use self-cleaning methods on solar PV systems to obtain maximum efficiency.Maailmanlaajuisen energiakriisin vuoksi nykyään asennetaan aurinkosähköjärjestelmiä kaikkialla maailmassa enemmän kuin koskaan. Valtiot kehittävät jatkuvasti erilaisia asetuksia ja säädöksiä energiantuotannon säätelemiseksi, ja tuottajia houkutellaan erilaisten houkuttimien ja tariffien avulla. Yksi kiinnostavimpia uusiutuvan energian muotoja on aurinkosähkö, sillä tuotanto on melko vaivatonta. Hyötysuhteet nykypäivänä ovat kuitenkin edelleen alhaiset, ja yksi syy tähän on paneelien likaantuminen. Tarkoituksena oli rakentaa pienen kokoluokan aurinkosähköjärjestelmä Thaimaassa sijaitsevan kerrostalon katolle, jonka paneelit pinnoitettiin kolmella erilaisella pinnoitteella. Likaantumisen ja itsepuhdistusmenetelmän vaikutusta paneelien tuottoon. Aluksi tuli hankkia tarvittavat materiaalit ja testata paneelit Standard Testing Conditions eli STC-olosuhteissa ennen pinnoittamista itsepuhdistusmateriaaleilla. Tarkoituksena oli vertailla mikä pinnoitteista olisi parhain energiansäästön kannalta. Tutkimuksessa käytettiin case study-menetelmää ja kvantitatiivista tutkimustapaa numeerisen datan analysointiin. Lähteet kerättiin enimmäkseen internetin tieteellisistä palvelimista ja osittain haastattelemalla CSSC:n ja JGSEE:n henkilöstöä. Paneelien tuottamaa ampeerimäärää kerättiin käyttämällä soveltuvaa dataloggeria ja analysointiin käytettiin Microsoft Officen Excel-ohjelmistoa. Tavoitteena tuli löytää paras mahdollinen itsepuhdistusmenetelmä testatuista menetelmistä Thaimaan ilmastolle, ja tutkia menetelmien vaikutusta paneelien tehokkuuteen. Itse syntetisoitu hydrofiilinen pinnoite oli lopputulosten perusteella parhain pinnoitteista. Loppupäätelmänä itsepuhdistusmenetelmiä käytettäessä paneeleissa tulisi suunnitella tarkoin ajankohdat, jotta ympäristövaikutukset eivät heikentäisi itsepuhdistusmenetelmien vaikutusta

Design for All –suunnittelun kaleidoskooppi : - ehdotus Design for All –perusteisen osallistavan suunnittelun toimintamalliksi

Design for All–suunnittelun kaleidoskooppi - ehdotus Design for All –perusteisesta osallistavan suunnittelun toimintamallista Vammaisten ja ikääntyneiden käyttäjien edustuksellisuus erilaisten asiointi- ja toimimisympä-ristöjen suunnittelussa ei ole vielä saanut vakiintunutta asemaa, eli valtavirtaistettu osaksi kaikkea suunnittelua. Yksi osallisuutta tukeva toimi on saavutettavuus tai Design for All-suunnitteluperiaate suunnittelussa. Design for All –suunnitteluperiaatteen kytkeminen osallisuuskysymyksiin tulee avainasemaan. Aktiivinen vuorovaikutus päättäjien, suunnittelijoiden ja loppukäyttäjien kesken ei tavoita tarvittavia osapuolia, vaan tarvitaan uusia keinoja keskustelun avaamiseksi. Opinnäytetyössä tutkittiin, mikä on saavutettavuusratkaisuista hyötyvien vammaisten ja ikääntyneiden käyttäjien asema asiointi- ja toimimistilojen suunnittelussa. Tarkoitus oli tutkia, millä tavalla muotoilun ja yhteiskunnan ohjauksen toimet voivat vahvistaa saavutettavuuden mu-kaan ottamista. Samalla tutkittiin millaisia edellytyksiä tarvitaan aineiston nojalla Design for All –perusteiseen osallistavan suunnittelun toimintamalliin toteuttamiseksi. Toimintamallin tavoite on saada tilaajat/hankkijat, suunnittelijat, järjestöt ja päättäjät tietoisiksi saavutettavuudesta ja sen antamista mahdollisuuksista. Tutkimuksessa on haastateltu muun muassa muotoilun, suunnittelun (Ornamo ja Finnish Design Forum), hallinnon (Terveyden ja hyvinvoinnin laitos THL), ikääntymisen (Proud Age) ja vammaisjärjestöjen asiantuntijoita (Invalidiliitto, Näkövammaisten Keskusliitto, Kuurojen Liitto ja Kuuloliitto). Opinnäytetyössä tutkittiin simulaatioesimerkkinä käyttäjäpaneelia hotelliympäristön palvelujen ja saavutettavuuden arvioinnissa ja samalla arvioitiin, kuinka tilaaja-tuottaja-loppukäyttäjä-malliin soveltuu käyttäjäpaneeli. Menetelmänä hyödynnettiin mystery shopping -menetelmää, jonka toimivuutta testattiin osana hotellin palvelujen arviointia (Sokos Hotels). Kehittämisehdotukset Design for All -perusteiseen osallistavan suunnittelun toimintamalliin ovat: 1) saavutettavuus osaksi innovaatiotoimintaa, 2) saavutettavuus strategiseksi työkaluksi, 3) käyttäjät suunnittelukumppaneiksi, 4) ennakointitieto osaksi osaamisen kasvattamista ja 5) hankintoihin enemmän saavutettavuustietämystä. Näillä ehdotuksilla on elementtejä saavuttavuuslähtöiseen osaamisen johtamismalliin. Opinnäytetyön on tarkoitus olla ehdotus jatkokeskusteluihin saavutettavuus- ja Design for All -teeman parissa toimiville asiantuntijoille, suunnittelijoille, päätöksentekijöille ja muille asiasta kiinnostuneille. Opinnäytetyö on tehty yhteistyössä osana eurooppalaista IDeALL (Integrating Design for All in Living Labs) –hanketta.Design for All Design Kaleidoscope - proposal for Design for All-based participatory design operations model The representation of people with disabilities and elderly of various transaction design is yet not established, i.e. mainstreamed into all planning activity. An inclusion of accessibility and The Design for All principle in the design forms one supporting mechanism for the suggested planning method. Design for All principles connecting inclusion issues will play a key role. Active interaction with decision-makers, designers and end-users does currently not reach the necessary decision makers and therefore the need for new ways to open up the conversation is required. This study investigates what role the disabled and elderly users, that would benefit from ac-cessibility solutions have in transaction design. The purpose was to examine in which way design and control of society's efforts can strengthen the inclusion of accessibility principles in their work. At the same time this study looks at what sort of conditions, based on the material, is required for the implementation of the Design for All -based participatory planning approach. The objective is to get subscribers/suppliers, designers, organisations and decision makers aware of the accessibility principle and its opportunities. The proposed inclusion of a Design for All -model is based on the findings of the study. The study presents interviews with user organisations, planning, design and management experts. The thesis was tested and examined in a user panel among users of hotel services and the accessibility was evaluated as a case study. The study used a qualitative research method and data was collected from the target group. This was done by interviewing experts and user organizations in the panel formed by users of the hotel's services who also evaluated the accessibility. Planning, design and management were themes for the individual interviews. The theoretical framework is related to the Design for All principles in design, accessibility, accessibility, inclusive planning as well as the society’s control means. Suggestions for a Design for All -based participatory planning approach are as follows: 1) ac-cessibility as part of innovation, 2) accessibility as a strategic tool, 3) users as partners in planning work, 4) forecasting information supporting know-how capital and 5) increasing the accessibility of knowledge acquisition. These proposals are the elements forming an accessibility-based knowledge management system. The thesis is supposed to inspire to further discussion of accessibility and Design for All issues among operating professionals, designer, decision makers and other interested parties. The thesis was done in collaboration with the European IDeALL (Integrating Design for All in Living Labs) project

INFORMATION SERVER CONCEPT for SPECIAL USER GROUPS

ABSTRACT The presented information server concept, developed at VTT, is a user-centred and task oriented client-server approach for solving informational needs of special user groups. This paper describes application of the concept for producing an unbroken trip chain for the visually impaired. The goal of the study was to build a navigational aid for the visually impaired using commercial passenger information and personal navigation services without laborious and expensive changes in the current infrastructure. Visually impaired persons do not have any specific information needs. Information needed either exists but is not accessible, or would be useful for all passengers. Passenger information systems should be equipped with a standard XML interface, which is accessible via Internet. This would make it easier to serve special user groups, whose means to reach the information is different

Artificial intelligence-based image analysis can predict outcome in high-grade serous carcinoma via histology alone

High-grade extrauterine serous carcinoma (HGSC) is an aggressive tumor with high rates of recurrence, frequent chemotherapy resistance, and overall 5-year survival of less than 50%. Beyond determining and confirming the diagnosis itself, pathologist review of histologic slides provides no prognostic or predictive information, which is in sharp contrast to almost all other carcinoma types. Deep-learning based image analysis has recently been able to predict outcome and/or identify morphology-based representations of underlying molecular alterations in other tumor types, such as colorectal carcinoma, lung carcinoma, breast carcinoma, and melanoma. Using a carefully stratified HGSC patient cohort consisting of women (n = 30) with similar presentations who experienced very different treatment responses (platinum free intervals of either = 18 months), we used whole slide images (WSI, n = 205) to train a convolutional neural network. The neural network was trained, in three steps, to identify morphologic regions (digital biomarkers) that are highly associating with one or the other treatment response group. We tested the classifier using a separate 22 slide test set, and 18/22 slides were correctly classified. We show that a neural network based approach can discriminate extremes in patient response to primary platinum-based chemotherapy with high sensitivity (73%) and specificity (91%). These proof-of-concept results are novel, because for the first time, prospective prognostic information is identified specifically within HGSC tumor morphology.Peer reviewe

Mustasotilaskärpäsen (Hermetia illucens) kasvatus Keski-Suomen olosuhteissa ja hyödyntäminen biomassojen käsittelyssä

Jyväskylän ammattikorkeakoulun Biotalouskampuksella toteutettiin hyönteiskasvatuksen demonstraatioympäristö VinsectS – Hyönteistalous osana Viitasaari-Saarijärvi seutukunnan kiertotaloutta –hankkeessa keväällä 2018.  Hankkeessa tutkittiin mustasotilaskärpäsen (Hermetia illucens) ympärivuotisia kasvatusmahdollisuuksia Keski-Suomen olosuhteissa sekä toukkien kykyä hyödyntää erilaisia biomassasivuvirtoja ravinnokseen. Mustasotilaskärpänen on tropiikin hajottaja, jolla on nopea elinkierto ja tehokas biomassan hyödynnyskyky. Optimissa kasvatusolosuhteissa sen elinkierto on 35–42 päivää, joista 14–24 päivää se viettää biomassaa prosessoivana toukkana. Toukka syö kaksi kertaa loppupainonsa verran ja konvertoi biomassasta 50–80 % toukkamassaksi. Mustasotilaskärpänen ei ole tautivektori ja toukkien biomassan prosessoinnin on havaittu vähentävän bakteerimassaa ja nopeuttavan lääkeaineiden hajoamista sekä vähentävän kasvihuonekaasupäästöjä. Hyönteiskasvattamo rakennettiin 6 metrin ISO-konttiin, johon asennettiin olosuhdehallintalaitteisto, etävalvonta ja kasvatusrullakot. Kontti eristettiin ympärivuotista kasvatusta varten. Kasvattamossa käytetään IoT-tekniikkaa automatisoidussa olosuhdehallinnassa.  Hankkeen aikana ympärivuotisen hyönteiskasvatuksen havaittiin olevan mahdollista olosuhteiden pysyessä tavoitearvoissa niin kesällä kuin talvellakin. Kasvattamon lämpötila pysyi tasaisena, ilmankosteuteen ulkoiset tekijät kuitenkin vaikuttivat. Ilmankosteudella onkin suuri rooli hyönteisten elinkierron optimointiin. Hankkeen mittakaavassa hyönteiskasvatus ei tuottanut haitallisia määriä kaasuja, vaan kasvattamon hiilidioksidi- ja ammoniakkipitoisuudet pysyivät sisätyöympäristön viitearvoissa. Mustasotilaskärpäsillä suoritettiin ruokintakokeita erilaisten biomassojen rehuarvojen määrittämiseksi. Biomassat kattoivat sivuvirtoja catering-jakeista siipikarjan lantaan. Biomassojen verrokkina käytettiin teollista siipikarjan rehua. Ruokintakokeet toteutettiin punnitsemalla 100 toukan alku- ja loppupaino ja jäljelle jääneen biomassan jäännöspaino ja kuiva-aineosuus toukkien syönnin määrittämiseksi. Lisäksi tarkkailtiin toukkien kuolleisuutta. Tuloksista voidaan päätellä usean biomassan olevan vähintään yhtä hyvää, ellei parempaa rehua mustasotilaskärpäsille kuin siipikarjan rehun. Esiin nousivat hiilihydraattipitoiset elintarvikepohjaiset biomassat kuten catering- ja leipomojakeet. Korkean (yli 20%) rasvapitoisuuden biomassat ja vaikeasti prosessoitavat kuidut, kuten ligniini, puolestaan soveltuvat heikommin mustasotilaskärpäsen rehuiksi. VinsectS-hankkeessa kartoitettiin seutukunnan hyönteistalouteen soveltuvien sivuvirtojen ja biomassojen lähteitä sekä hyönteiskasvatukseen soveltuvia ja kiinnostuneita yrityksiä ja yrittäjiä. Tulosten pohjalta hankkeessa luotiin hyönteistalouden tiekartta ja arvoketju Viitasaari-Saarijärven seutukunnalle. Mm.  Euroopan aluekehitysrahaston (EAKR) rahoittama ja VTT:n hallinnoima hanke toteutettiin 5.2.2018–30.11.2019

Rapid Absorption of Naloxone from Eye Drops

Naloxone as emergency treatment for opioid overdosing can be administered via several routes. However, the available administration methods are invasive or may be associated with incomplete or slow naloxone absorption. We evaluated pharmacokinetics and local tolerance of naloxone ocular drops in healthy beagle dogs. Naloxone administration as eye drops produced fast absorption with time to maximum plasma concentration (tmax) achieved in 14 to 28 min, high plasma exposure (Cmax 10.3 ng/mL to 12.7 ng/mL), and good bioavailability (41% to 56%). No signs of ocular irritability were observed in the scored ocular tolerability parameters, and the reactions of dogs suggesting immediate ocular discomfort after the dosing were sporadic and short lasting. Slight and transient increase in the intraocular pressure and transient decrease in the tear production were recorded. The results suggest that eye drops may provide a fast and an effective non-invasive route for naloxone administration to reverse opioid overdosing, and clinical studies in the human are warranted

Rapid Absorption of Naloxone from Eye Drops

Naloxone as emergency treatment for opioid overdosing can be administered via several routes. However, the available administration methods are invasive or may be associated with incomplete or slow naloxone absorption. We evaluated pharmacokinetics and local tolerance of naloxone ocular drops in healthy beagle dogs. Naloxone administration as eye drops produced fast absorption with time to maximum plasma concentration (t(max)) achieved in 14 to 28 min, high plasma exposure (C-max 10.3 ng/mL to 12.7 ng/mL), and good bioavailability (41% to 56%). No signs of ocular irritability were observed in the scored ocular tolerability parameters, and the reactions of dogs suggesting immediate ocular discomfort after the dosing were sporadic and short lasting. Slight and transient increase in the intraocular pressure and transient decrease in the tear production were recorded. The results suggest that eye drops may provide a fast and an effective non-invasive route for naloxone administration to reverse opioid overdosing, and clinical studies in the human are warranted.Peer reviewe