Nanosatelliittiin soveltuvan säteilyinstrumentin piidiodi- ja tuikeilmaisinten valmistamiseen liittyviä valikoituja haasteita ja ratkaisuja

Piensatelliitissa sovellettavaan säteilyä mittaavaan instrumenttiin kohdistuu useita rajoituksia laitteen pienen koon ja energiankulutuksen osalta. Säteilyinstrumenttien keskeisimpiin komponentteihin kuuluu säteilyanturi tai säteilyanturit, johon koko instrumentti perustuu. Erilaisia säteilyanturityyppejä on useita erilaisia. Tässä tutkielmassa perehdytään kahteen eri anturityyppiin, piidiodiin ja kidemäiseen tuikeilmaisimeen sekä niiden valmistamiseen. Piidiodin toiminta perustuu diodin tyhjennysalueen ionisaatioon, kun anturiin osuu säteilyhiukkanen. Ionisaatiovuorovaikutusten määrä riippuu pääasiassa hiukkasen tyypistä ja energiasta, jolloin hiukkasen piihin jättämä kokonaisenergia voidaan mitata ionisaation synnyttämien varauksenkuljettajien tuottamasta diodin läpi kulkevasta virtapulssista. Tutkielmassa käytetyillä diodeilla ongelmana on reunojen suuri vuotovirta. Kokeellisella menetelmällä, jossa valmistettiin diodin reuna-alueelle kenttäelektrodi, saatiin pienennettyä ja stabiloitua reunojen vuotovirrat hyväksyttävälle tasolle. Kenttäelektrodi vaikuttaa diodin ja substraatin reunan välisen alueen pintaoksidin varaukseen, ja estää vuotovirtaa aiheuttavan tyhjennysalueen syntymisen piin ja oksidin rajapintaan. Kidemäinen tuikeilmaisin muuttaa säteilyhiukkasen energian joukoksi alemman energian fotoneita, tyypillisesti näkyvän valon aallonpituudelle. Säteilyhiukkanen ionisoi tuikeaineen atomeja, jolloin hiukkasen energia vähenee jokaisessa ionisaatiossa kyseiseen vuorovaikutukseen kuluvan energian verran. Ionisaatioiden määrä siis riippuu hiukkasen energiasta sekä vuorovaikutustavoista tuikeaineen kanssa. Tuikeaine sisältää luminesenssikeskuksia, joissa rekombinoituvan varauksenkuljettajan energia tuottaa valokvantin. Siten hiukkasen aiheuttaman valopulssin suuruus on suoraan verrannollinen hiukkasen tuikekiteeseen jättämään energiaan. Tuikekiteen ja fotodiodin optiset ominaisuudet ovat oleellisia instrumentin valmistusta ajatellen, sillä mahdollisimman suuri osa kiteessä syntyvästä valosta täytyy päätyä fotodiodiin. Fotodiodin ja GAGG:Ce-tuikekiteen yhdistelmänä toteutetun tuikeilmaisimen kokonaishyötysuhdetta saatiin nostettua merkittävästi pinnoittamalla kide heijastavalla metallilla, jolloin kiteen reunoihin osuva valo heijastuu takaisin kiteeseen eikä karkaa ympäristöön

Immunization coverage and risk factors for failure to immunize within the Expanded Programme on Immunization in Kenya after introduction of new Haemophilus influenzae type b and hepatitis b virus antigens

Background: Kenya introduced a pentavalent vaccine including the DTP, Haemophilus influenzae type b and hepatitis b virus antigens in Nov 2001 and strengthened immunization services. We estimated immunization coverage before and after introduction, timeliness of vaccination and risk factors for failure to immunize in Kilifi district, Kenya. Methods: In Nov 2002 we performed WHO cluster-sample surveys of > 200 children scheduled for vaccination before or after introduction of pentavalent vaccine. In Mar 2004 we conducted a simple random sample (SRS) survey of 204 children aged 9 - 23 months. Coverage was estimated by inverse Kaplan-Meier survival analysis of vaccine- card and mothers' recall data and corroborated by reviewing administrative records from national and provincial vaccine stores. The contribution to timely immunization of distance from clinic, seasonal rainfall, mother's age, and family size was estimated by a proportional hazards model. Results: Immunization coverage for three DTP and pentavalent doses was 100% before and 91% after pentavalent vaccine introduction, respectively. By SRS survey, coverage was 88% for three pentavalent doses. The median age at first, second and third vaccine dose was 8, 13 and 18 weeks. Vials dispatched to Kilifi District during 2001 - 2003 would provide three immunizations for 92% of the birth cohort. Immunization rate ratios were reduced with every kilometre of distance from home to vaccine clinic (HR 0.95, CI 0.91 - 1.00), rainy seasons ( HR 0.73, 95% CI 0.61 - 0.89) and family size, increasing progressively up to 4 children ( HR 0.55, 95% CI 0.41 - 0.73). Conclusion: Vaccine coverage was high before and after introduction of pentavalent vaccine, but most doses were given late. Coverage is limited by seasonal factors and family siz

Biokiertotaloudesta uusia ratkaisuja kaivosten jälkihoitoon : Kierroksia biopeittoon -hankkeen loppuraportti (Biopeitto 2)

Kaivannaisjätealueiden peittäminen ja maisemointi ovat oleellinen osa kaivoksen sulkemista. Kuivapeitolla pyritään rajoittamaan kaivannaisjätteen läpi kulkeutuvan veden ja hapen määrää, estämään veden happamoitumista ja pidättämään vettä kasvien käyttöön. Pohjoisen äärevät olosuhteet tuovat sulkemiseen omat haasteensa ja uusia peittomateriaaleja ja -ratkaisuja tarvitaan. Biopeitto 2 -hankkeessa tutkittiin, miten kuivapeittoon lisätyt orgaaniset sivuvirtamateriaalit vaikuttavat peiton rakenteeseen, kestävyyteen, materiaalien rapautumiseen ja kasvien kasvuun sekä metallien kulkeutumiseen pohjoisissa olosuhteissa. Tutkimus keskittyi erityisesti alueellisiin orgaanisiin sivuvirtoihin, joista mukaan valittiin jätevesiliete, siitä tuotettu biohiili ja poltossa syntyvä lietetuhka sekä purkupuusta ja metsän harvennuspuusta (kuusi) valmistettu biohiili ja energiatuotannon lentotuhka. Tutkimus osoitti, että perinteisen moreenipeiton ominaisuuksia kasvualustana voidaan parantaa orgaanisilla sivuvirroilla. Hyvinvoiva kasvillisuus parantaa maan vedenpidätyskykyä ja tehostaa veden haihtumista kasvukauden aikana. Samalla peittorakenteen läpi suotautuvan veden määrä vähenee. Huolimatta eroista biohiilen laadussa, niiden vaikutukset maapatsaan läpi huuhtoutuvan suotoveden kemialliseen laatuun olivat pääosin vähäisiä. Toisin sanoen peittorakenteeseen lisätty biohiili ei lisää ravinteiden tai raskasmetallien huuhtoutumista. Kokeet osoittivat myös lento- ja lietetuhkan toimivan ravinteiden lähteenä kasveille. Hankkeen aikana tutkittiin myös sitä, miten biohiili säilyttää rakenteensa vaihtelevissa olosuhteissa. Rapautumista tarkasteltiin röntgentomografian ja elektronimikroskopian avulla. Kun biohiiltä altistettiin lämpötilanmuutosten aiheuttamalle kuormitukselle, hiilen sisäinen huokosrakenne ei juuri muuttunut. Lisäksi havaittiin, että biohiilten sisäinen huokosrakenne täyttyy vedellä hitaasti. Siksi biohiilen suotuisat vaikutukset kasvillisuuteen voivat ilmetä viiveellä. Hankkeessa toteutetussa arvoketjupilotissa purkupuu jalostettiin biohiileksi, kompostoitiin jätevesilietteen kanssa ja tuotettu kasvualusta päätyi kaivosalueen peittoratkaisuksi toimijaverkoston avulla. Biokiertotalouteen nojaava peittoratkaisu voidaan siis toteuttaa alueen yritysten yhteisvoimin. Taloudellisessa tarkastelussa biohiileen perustuva peittoratkaisu oli kuutiohinnaltaan kallein, mutta toisaalta biohiiltä sisältävä peitto toimii hiilinieluna. Biokiertotalous voi palvella kaivosalaa ja tuoda kuivapeiton perustamiseen lisää vaihtoehtoja

Coulomb drag propulsion experiments of ESTCube-2 and FORESAIL-1

This paper presents two technology experiments – the plasma brake for deorbiting and the electric solar wind sail for interplanetary propulsion – on board the ESTCube-2 and FORESAIL-1 satellites. Since both technologies employ the Coulomb interaction between a charged tether and a plasma flow, they are commonly referred to as Coulomb drag propulsion. The plasma brake operates in the ionosphere, where a negatively charged tether deorbits a satellite. The electric sail operates in the solar wind, where a positively charged tether propels a spacecraft, while an electron emitter removes trapped electrons. Both satellites will be launched in low Earth orbit carrying nearly identical Coulomb drag propulsion experiments, with the main difference being that ESTCube-2 has an electron emitter and it can operate in the positive mode. While solar-wind sailing is not possible in low Earth orbit, ESTCube-2 will space-qualify the components necessary for future electric sail experiments in its authentic environment. The plasma brake can be used on a range of satellite mass classes and orbits. On nanosatellites, the plasma brake is an enabler of deorbiting – a 300-m-long tether fits within half a cubesat unit, and, when charged with -1 kV, can deorbit a 4.5-kg satellite from between a 700- and 500-km altitude in approximately 9–13 months. This paper provides the design and detailed analysis of low-Earth-orbit experiments, as well as the overall mission design of ESTCube-2 and FORESAIL-1.Peer reviewe

Coulomb drag propulsion experiments of ESTCube-2 and FORESAIL-1

This paper presents two technology experiments – the plasma brake for deorbiting and the electric solar wind sail for interplanetary propulsion – on board the ESTCube-2 and FORESAIL-1 satellites. Since both technologies employ the Coulomb interaction between a charged tether and a plasma flow, they are commonly referred to as Coulomb drag propulsion. The plasma brake operates in the ionosphere, where a negatively charged tether deorbits a satellite. The electric sail operates in the solar wind, where a positively charged tether propels a spacecraft, while an electron emitter removes trapped electrons. Both satellites will be launched in low Earth orbit carrying nearly identical Coulomb drag propulsion experiments, with the main difference being that ESTCube-2 has an electron emitter and it can operate in the positive mode. While solar-wind sailing is not possible in low Earth orbit, ESTCube-2 will space-qualify the components necessary for future electric sail experiments in its authentic environment. The plasma brake can be used on a range of satellite mass classes and orbits. On nanosatellites, the plasma brake is an enabler of deorbiting – a 300-m-long tether fits within half a cubesat unit, and, when charged with - 1 kV, can deorbit a 4.5-kg satellite from between a 700- and 500-km altitude in approximately 9–13 months. This paper provides the design and detailed analysis of low-Earth-orbit experiments, as well as the overall mission design of ESTCube-2 and FORESAIL-1.</p

Ohjelmistoradiospektrometrin suunnittelu avaruussovelluksiin

This thesis presents a system for measurements of high frequency (HF, 3-30 MHz) radio waves using a direct sampling receiver. Signal processing software developed in the work allows simultaneous spectrum analysis and reception of multiple narrow band channels on any frequencies within the HF range. The software makes use of parallel computing on general purpose multi-core processors. A fast-convolution filter bank is used for computationally efficient down-conversion of radio channels. Measurement setup built in the work consists of an antenna, an RX888 direct sampling receiver and a computer. The setup was successfully used to measure HF spectrum for 14 months.Tässä diplomityössä esitellään järjestelmä HF-radioaaltojen (3-30 MHz) mittauksiin suoranäytteistävällä vastaanottimella. Työssä kehitetty signaalinkäsittelyohjelmisto mahdollistaa samanaikaisen spektrianalyysin ja usean kapeakaistaisen kanavan vastaanoton millä tahansa HF-alueen taajuuksilla. Ohjelmisto hyödyntää rinnakkaislaskentaa yleiskäyttöisillä moniydinprosessoreilla. Laskennallisesti tehokkaaseen radiokanavien alassekoitukseen käytetään pikakonvoluutiosuodinpankkia (fast-convolution filter bank). Työssä rakennettu mittausjärjestely koostuu antennista, suoranäytteistävästä RX888-radiovastaanottimesta ja tietokoneesta. Mittausjärjestelyllä mitattiin HF-spektriä onnistuneesti 14 kuukauden ajan

Tactical Communication Link Under Joint Jamming and Interception by Same-Frequency Simultaneous Transmit and Receive Radio

This paper explores a way in which a military full-duplex radio (MFDR) could be used at the cyber-electromagnetic battleground to impede the wireless communications of an opposing team while simultaneously intercepting the same signals. The proposed concept is based on MFDR devices' ability for same-frequency simultaneous transmission and reception (SF-STAR), which facilitates the joint jamming and sensing. The feasibility of this offensive strategy is evaluated with experiments that involve a prototype MFDR transceiver and an over-the-air tactical data link between software-defined radios. The results prove that the MFDR can prevent communications between the two nodes of the opposing team's tactical network while also improving its own performance in intercepting the transmissions, thanks to its SF-STAR capability. This means that utilizing MFDR devices could allow one to gain technical superiority over an enemy.acceptedVersionPeer reviewe

Military Full-Duplex Radio Shield for Protection Against Adversary Receivers

This paper provides experimental results regarding an emerging physical-layer concept within the field of military communications, viz. the full-duplex `radio shield', by building on the recently discovered full-duplex technology that allows an individual radio device to simultaneously transmit and receive (STAR) on the same spectrum. Its basic idea is to protect the surroundings of a radio device by broadcasting powerful jamming while successfully receiving tactical transmissions on overlapping frequencies. The jamming creates a protective dome of interference around such a military full-duplex radio (MFDR). The experimental results reported herein prove that the radio shield yields a large SINR advantage against interception, even though a fully practical full-duplex radio prototype with residual self-interference is used. Moreover, we show that the prototype radio shield is capable of preventing the control of improvised explosives or rogue drones while simultaneously receiving tactical signals. Therefore, the full-duplex radio shield can give armed forces a significant technical lead over an enemy by preventing it from using the frequency band for offensive purposes.acceptedVersionPeer reviewe

Visceral obesity is associated with high levels of serum squalene

OBJECTIVE: To investigate the impact of visceral obesity on cholesterol metabolism in normoglycemic offspring of patients with type 2 diabetes. RESEARCH METHODS AND PROCEDURES: The proportion of intra-abdominal fat (IAF) was measured by abdominal computer tomography, and serum cholesterol synthesis and absorption markers were determined by gas-liquid chromatography in 109 normoglycemic offspring of patients with type 2 diabetes. Insulin action was measured with the hyperinsulinemic euglycemic clamp. The gene encoding squalene synthase (farnesyl-diphosphate farnesyltransferase 1) was screened with the single-strand conformation polymorphism analysis and direct sequencing. RESULTS: Cholesterol synthesis markers correlated positively with IAF (r = 0.213 to 0.309, p < or = 0.027) and negatively with the rates of insulin-stimulated whole-body glucose uptake (r = -0.372 to -0.248, p < or = 0.010). However, serum squalene, the first measured precursor of cholesterol synthesis, showed a positive correlation with IAF (r = 0.309, p = 0.001) without any association with subcutaneous fat or insulin sensitivity. Variation in the farnesyl-diphosphate farnesyltransferase 1 gene did not explain elevated serum squalene levels in viscerally obese subjects. From the cholesterol absorption markers, cholestanol was associated negatively with IAF and positively with whole-body glucose uptake (p < 0.05). DISCUSSION: High serum squalene levels are associated with visceral obesity but not with subcutaneous obesity. Whether this finding is causally connected to visceral obesity remains to be established