Absoluuttista tarkkuutta hiukkasmittauksiin
Diplomi-insinööri Jaakko Yli-Ojanperän väitöstyö vie suomalaisten aerosolimittausten tarkkuuden suoraan maailman huipulle ja luo puitteet uudelle kotimaiselle mittaus- ja kalibrointitoiminnalle.Aerosolihiukkasilla on suuri merkitys monissa teknologisissa sovelluksissa, kuten nanotekniikassa. Siinä halkaisijaltaan jopa vain muutaman nanometrin kokoiset hiukkaset tekevät esimerkiksi jääkaapin ovesta antibakteerisen tai olohuoneen ikkunasta vettä ja likaa hylkivän.
Aerosoleilla on myös huonot puolensa. Erilaisten polttoprosessien, kuten voimalaitosten ja dieselkäyttöisten ajoneuvojen, tuottamien pakokaasujen hiukkaspäästöjen on todettu olevan haitallisia terveydelle. Ajoneuvojen massaperusteisia päästöjä on rajoitettu jo pitkään, ja nykyään rajoitukset koskevat myös hiukkasten lukumäärää.
–Ensimmäiset hiukkaspitoisuutta mittaavat laitteet kehitettiin vuosikymmeniä sitten, ja nykyään laitteiden kirjo on varsin runsas. Tästä huolimatta näiden laitteiden käyttö perustuu yhä pitkälti oletuksiin, koska keinot laitteiden kalibrointiin eli toiminnan varmistamiseen laajalla hiukkaskokoalueella ovat puuttuneet. Olemassa olevien menetelmien kompastinkiveksi on muodostunut yhdenkokoisten ja sähkövaraukseltaan samansuuruisten hiukkasten tuottaminen, jossa ei ole onnistuttu, Yli-Ojanperä kertoo.
Väitöskirjassaan hän on kehittänyt uudentyyppisen kalibrointilaitteiston, joka ensimmäisenä maailmassa mahdollistaa kattavat mittalaitekalibroinnit laajalla hiukkaskokoalueella. Single Charged Aerosol Reference (SCAR) -laitteisto tuottaa ainoana maailmassa hiukkasia halkaisijaltaan muutamasta nanometristä yhteen mikrometriin asti siten, että jokaisen tuotetun hiukkasen sähkövaraus on yksi alkeisvaraus.
–SCAR:in hiukkasgeneraattorin nerous perustuu kaksivaiheiseen prosessiin, jonka ansiosta hiukkasten lukumääräpitoisuus voidaan määrittää tarkasti mittaamalla hiukkasten mukanaan kuljettamaa sähkövirtaa herkällä virtamittarilla eli elektrometrillä, Yli-Ojanperä tiivistää.
Prosessin ensimmäisessä vaiheessa erittäin pienten hiukkasten sähköisen varaamisen myötä saadaan tuotettua siemenhiukkasia, joiden sähkövaraus on tasan yhden alkeisvarauksen suuruinen. Toisessa vaiheessa siemenhiukkasia kasvatetaan tiivistämällä nesteytyvää höyryä hiukkasten pinnalle muuttamatta hiukkasten varaustilaa.
SCAR-laitteiston toiminta varmennettiin Tampereen teknillisen yliopiston ja MIKESin (Mittatekniikan keskus) yhteistyönä. Yhteistyön ansiosta kaikkien laitteessa olevien antureiden, ja siten itse SCAR-laitteiston, mittaustarkkuus vastaa parasta Suomesta saatavilla olevaa tarkkuutta. Varsinaiseen tulikasteeseen SCAR-laitteisto pääsi Yli-Ojanperän vieraillessa Japanin kansallisessa metrologialaitoksessa (AIST/NMIJ), jossa SCAR:ia verrattiin Japanissa käytössä olevaan, maailman tarkimpiin kuuluvaan kalibrointilaitteistoon erinomaisin tuloksin.
–SCAR-laitteisto on ainoa kalibraattori Suomessa, jonka avulla voidaan menestyksekkäästi suorittaa SI-jäljitettäviä laitekalibrointeja. SCAR:in kattama hiukkaskokoalue on maailman laajin yksittäisen kalibraattorin kattama hiukkaskokoalue, toteaa Yli-Ojanperä.
Väitöstilaisuus perjantaina 2.11.
Diplomi-insinööri Jaakko Yli-Ojanperän aerosolifysiikan alaan kuuluva väitöskirja Calibration of Aerosol Instruments in a Wide Particle Size Range (”Aerosolimittalaitteiden kalibrointi laajalla hiukkaskokoalueella”) tarkistetaan Tampereen teknillisen yliopiston (TTY) luonnontieteiden ja ympäristötekniikan tiedekunnassa perjantaina 2.11.2012 kello 12.00 Sähkötalon salissa S2 (Korkeakoulunkatu 3, Tampere). Vastaväittäjänä toimii tohtori Susanne Hering Aerosol Dynamics Inc. (USA). Tilaisuutta valvoo professori Jorma Keskinen TTY:n fysiikan laitokselta.
Jaakko Yli-Ojanperä on kotoisin Ilmajoelta ja työskentelee TTY:n fysiikan laitoksella.
Lisätietoja: Jaakko Yli-Ojanperä, puh. 040 732 9350, jaakko.yli-ojanpera@tut.fi