Mitä mikromekaanikot tekevät Fysiikan laitoksella?

Kuka:
Raimo Turpeinen valmistui mikromekaanikoksi Kelloseppäkoulusta vuonna 2009 ja suoritti sen jälkeen vielä kellosepän tutkinnon. Valmistuttuaan Raimo työskenteli ensin tutkimusvälineitä suunnittelevana ja valmistavana teknikkona Adaptamat Oy:ssä, joka kehittää ja valmistaa magneettista muistimetallia. Sieltä Raimo siirtyi Helsingin yliopiston fysiikan laitokselle vuonna 2010.

Missä:
Raimo Turpeinen työskentelee Helsingin yliopiston Kumpulan kampuksella Ilmaisinlaboratoriossa. Se on Helsingin yliopiston fysiikan laitoksen ja Fysiikan tutkimuslaitoksen yhteinen yksikkö, joka tukee suomalaisia kokeellisen fysiikan tutkimusprojekteja mm. kehittämällä ja valmistamalla näille ilmaisinlaitteistoja ja –tekniikkaa.

Kuka:
Jukka Ukkonen valmistui mikromekaanikoksi Kelloseppäkoulusta vuonna 2009 ja suoritti sen jälkeen vielä kellosepän tutkinnon. Opiskeluaikaisen harjoittelunsa Jukka suoritti Helsingin yliopiston fysiikan laitoksella. Heti valmistumisensa jälkeen hänet palkattiin samaiselle laitokselle ns. Sähköinen aurinkotuuli –projektiin nykyisiin tehtäviinsä.

Missä:
Jukka Ukkonen työskentelee fysiikan laitoksen elektroniikkalaboratoriossa toimivassa Sähköinen aurinkotuuli (E-Sail) –projektissa. Se on EU:n puiteohjelmalla rahoitettava hanke, jossa suunnitellaan ja rakennetaan sähköpurjeen avainkomponenttien laboratoriotyyppejä. Hankkeessa on mukana yhdeksän eri laitosta viidestä Euroopan maasta.

Ilmaisinlaboratorio ja CERNin TOTEM-projekti

Ilmaisinlaboratorio on Helsingin yliopiston fysiikan laitoksen ja Fysiikan tutkimuslaitoksen yhteinen yksikkö, joka tukee kokeellisen fysiikan tutkimusprojektien ilmaisinkehitystä. Laboratorio tarjoaa laitteistoja, osaamista ja tiloja kaasu- ja puolijohdeilmaisimia kehittäville tutkimusprojekteille.

Suuri osa Ilmaisinlaboratorion toiminnasta perustuu Suomen osallistumiseen Euroopan ydinfysiikan tutkimusjärjestöön, joka koordinoi eurooppalaista ydintutkimusta. Nykyään 20 jäsenmaan hallinnoima Euroopan ydinfysiikan tutkimusjärjestö ylläpitää maailman suurinta hiukkasfysiikan tutkimuskeskusta, CERNiä. Keskus sijaitsee Geneven länsipuolella Sveitsin ja Ranskan rajalla. Keskuksessa työskentelee vakituisesti noin 2200 työntekijää, lisäksi siellä vierailee tutkijoita ja muita alan ammattilaisia sekä opiskelijoita vuosittain noin 10 000.

Parhaillaan Ilmaisinlaboratoriossa on meneillään useita projekteja, jotka liittyvät suuriin kansainvälisiin hiukkas- ja ydinfysiikan kokeisiin. Yksi näistä on CERNissä toimiva TOTEM -koeasema, jossa tutkitaan suurienergisten protonitörmäysten ominaisuuksia. Niissä tarvitaan mm. mittauksia elastisen ja epäelastisen sironnan todennäköisyydestä.

Epäelastisen sironnan mittaamisessa tärkeä asema on kaasuelektronimonistimilla (GEM), jotka ovat uudentyyppisiä kaasutäytteisiä säteilynilmaisimia. GEM-tenologiaa on kehitetty 1990-luvun lopulla tehdystä keksinnöstä lähtien ja niissä on hyödynnetty Ilmaisinlaboratorion henkilöstön osaamista. TOTEM -koeasemalle tarvittavia GEM ilmaisimia on valmistettu Ilmaisinlaboratoriossa vuodesta 2005 alkaen, vuonna 2010 asennettiin yhteensä 40 Ilmaisinlaboratoriossa valmistettua ilmaisinta.

Tällä hetkellä suuri osa Ilmaisinlaboratoriossa toimivista projekteista liittyy CERNin uuteen LHC-hiukkaskiihdyttimeen ja sen koeasemiin. Lisäksi Ilmaisinlaboratoriossa toimii mm. tutkimusryhmä, joka osallistuu Darmstadtin kiihdytinlaboratorion yhteyteen tulevan FAIR-kiihdyttimen koeaseman rakentamiseen

Ilmaisinlaboratorio osallistuu tiiviisti myös ’naapurinsa’ Elektroniikan laboratorion tutkimukseen Helsingin yliopistolla. Yhteisiin tutkimusaiheisiin kuuluvat mm. ultraääneen perustuvan lankaliitostekniikan kehittäminen, jota tarvitaan sähköpurjeen lankaverkkojen rakentamiseen.

Lisää Ilmaisinlaboratorion toiminnasta ja sen projekteista:
http://www.hip.fi/research/detlab/toiminta/totem.htm

Sähköinen aurinkotuuli -projekti

Sähköinen aurinkotuulipurje eli lyhyemmin sähköpurje on Suomessa, Kumpulan avaruuskeskuksessa vuonna 2006 tehty keksintö, jota kehittää kansainvälinen projekti. Keksintö mahdollistaa aurinkotuulen käyttämisen avaruusaluksen työntövoimana siten, että polttoainetta ei tarvita lainkaan. Sähköpurje on menetelmä, joka voi muuttaa ratkaisevastikin avaruudessa tapahtuvaa liikkumista ja siellä tehtävää tutkimusta.

Sähköpurje koostuu pitkistä (esimerkiksi 20 km) ja erittäin ohuista (esimerkiksi 25 µm) metallilieoista, jotka pidetään korkeassa positiivisessa jännitteessä aluksessa olevan ja aurinkosähköllä toimivan elektronitykin avulla. Varatut lieat hylkivät aurinkotuulen protoneja, jolloin aurinkotuulen virtaus alkaa painaa purjetta ja samalla työntää alusta haluttuun suuntaan.

Sähköpurjeen lieka vaatii erityisen rakenteen, koska mikrometeoroidien törmäykset tuhoaisivat pelkät yksittäiset langat nopeasti. Lieka valmistetaan 50 mikrometrin paksuisesta pohjalangasta, johon bondataan kaksi tai kolme 25 mikrometrin paksuista lankaa tekemällä silmukoita erityisesti tätä tarkoitusta varten kehitetyllä laitteella.

20 kilometriä pitkän, avaruudessa kestävän liean valmistaminen on projektilla vielä tavoitteena. Tällä hetkellä sitä on tehty noin 130 metriä. Todennäköisesti vuonna 2013 Viron ensimmäinen satelliitti vie suomalaista sähköpurjeliekaa testilennolle avaruuteen.

Esimerkiksi 20 kilometriä pitkä lieka painaa vain muutamia satoja grammoja ja mahtuu pieneen kelaan. Mutta kun useita liekoja avataan avaruudessa ja kytketään toisesta päästään elektronitykkiin niiden sähkövaraus luo ympärilleen useiden neliökilometrien laajuisen, tehollisen purjepinta-alan. Täysikokoinen sähköpurje tuottaa arviolta yhden newtonin jatkuvan työntövoiman ja painaa vain n. 100 kg. Jos 1000 kg:n painoinen alus varustetaan tällaisten lankojen muodostamalla purjeella, voidaan sen kiihtyvyydellä päästä vuodessa jo 30 km/s loppunopeuteen.

Ilmatieteen laitos, Helsingin yliopiston fysiikan laitos ja Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu tekevät yhteistyötä projektin puitteissa yhdessä muodostamassaan Kumpulan avaruuskeskuksessa. Suomen Ilmatieteen laitoksen johtamassa projektissa on mukana yhdeksän laitosta viidestä maasta Euroopasta, siinä työskentelee tutkijoita mm. Italiasta, Ruotsista, Saksasta, Virosta ja Ukrainasta. Hankkeessa suunnitellaan ja rakennetaan sähköpurjeen avainkomponenttien laboratorioprototyypit.

Aiheesta lisää osoitteessa:
http://www.electric-sailing.fi/index_fi.html