Väitöstilaisuus Oulun yliopistossa

 

Väittelijä
Diplomi-insinööri Janne Karimäki

Tiedekunta ja laitos
Luonnontieteellinen tiedekunta, fysiikan laitos
08 553 1280

Oppiaine
Teoreettinen fysiikka

Väitöstilaisuus
20.1.2012 klo 12

Väitöstilaisuuden paikka
Linnanmaa, OP-sali (L10)

Aihe
Structure and Dynamics of Vortices in Superfluid Helium-3

Supraneste helium-3:n pyörteiden rakenne ja dynamiikka

Vastaväittäjä
Professori Alexander L. Fetter, Stanfordin yliopisto, Kalifornia, USA

Kustos
Professori Erkki Thuneberg

Väitöskirja

---

Tornadoja koeputkessa

Supranesteet ovat hyvin epätavallisia nesteitä, joiden virtausvastus häviää täydellisesti matalissa lämpötiloissa. Tämän ominaisuuden vuoksi astiassa olevaa supranestettä ei voi saada pyörimään astian mukana tavallisen nesteen tapaan. Sen sijaan nesteeseen syntyy lukuisia pienempiä pyörteitä, jotka esiintyvät toisistaan erillisinä yksikköinä ja joilla on yleensä hyvin ohut ydin (ne ovat kuin koeputkessa esiintyviä mikroskooppisia tornadoja).

Supranesteiden pyörteet voivat muodostaa säännöllisiä hilarakenteita. Erityisen monipuolisia rakenteita muodostuu helium-3 -supranesteen ns. A-faasin jatkuviin pyörteisiin. Näitä rakenteita on tässä väitöstyössä tutkittu ja mallinnettu tietokoneen avulla. Tutkimustyössä kyettiin myös laskennallisesti määrittämään faasidiagrammi helium-3:n A-faasissa esiintyville pyörrehiloille magneettikentän voimakkuuden ja astian pyöritysnopeuden funktiona. Tämä faasidiagrammi vastaa melko hyvin kokeellisia tuloksia. Tutkimuksessa löytyi myös uusi, aiemmin tuntematon pyörretyyppi: LV3.

Tämän lisäksi työssä on tutkittu helium-3 -supranesteen ns. B-faasissa esiintyvän pyörteen dynamiikkaa pyörivässä sylinterin muotoisessa astiassa. Työssä selvitettiin miten lämpötila ja astian pyöritysnopeus vaikuttavat tämän pyörteen muotoon ja liikkeeseen. Erityisesti tutkittiin tilannetta, jossa pyörre kiipeää sylinterin seinällä korkkiruuvimaista rataa pitkin. Tutkimuksessa löydettiin myös uusi supranesteiden liikkeiden ymmärtämistä helpottava skaalauslaki.

Työssä tehty tutkimus on luonteeltaan perustutkimusta. Sen mahdolliset sovellukset tulevaisuudessa voivat liittyä virtausmekaniikan nykyistä parempaan ymmärtämiseen, suprajohdeteknologian kehittymiseen sekä neutronitähtien ominaisuuksien ja jopa maailmankaikkeuden alkuhetkien parempaan ymmärtämiseen.