Markku Kataja

Markku Kataja (s. 1956) on suomalainen fyysikko ja professori. Hän on toiminut Jyväskylän yliopistossa fysiikan professorina vuodesta 2006. Professorin tehtävän ohessa Kataja toimi Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen johtajana 2018–2020.Eräitä professori Katajan tieteellisiä julkaisuja 2018. Jyväskylän yliopisto. (englanniksi) Viitattu 23.5.2018.Fysiikan laitoksen johtaja vaihtuu. (2020). MLTK:n tiedote, Jyväskylän yliopisto 16.11.2020. Fyysikkona hänet tunnetaan varsinkin virtausdynamiikan tutkijana. Sen ohella hän on tutkinut teollisuusfysiikan sovelluksia ja kokeellista fysiikkaa.

Akateeminen ura
Uran alku
Kataja opiskeli fysiikkaa Turun yliopistossa ja valmistui sieltä maisteriksi.Jukka Maalampi: Kvarkkigluoniplasmaa ja kaikuja maailmankaikkeudesta 2015, s. 61. Teoksessa Mari Heikkilä (toim.): Sattumaa, haperotatteja ja keltainen syklotroni.  Hänen pro gradunsa käsitteli suuria yhtenäisteorioita. Katajan akateeminen ura käynnistyi varsinaisesti Jyväskylän yliopistossa vuonna 1984, kun professori Vesa Ruuskanen pestasi hänet jatko-opiskelijaksi työryhmäänsä. Ydinfysiikka oli pitkään merkittävin tutkimusala Jyväskylän yliopistossa, mutta sen rinnalle syntyi 1990-luvulla hiukkasfysiikan tutkimus.Maalampi 2015, s. 60. Professori Ruuskanen oli avannut Jyväskylässä uuden teoreettiseen fysiikkaan luettavan tutkimusalan, joka on suurienergiaisten raskaiden ionien törmäyksiin liittyvän fysiikan tutkimus.Vesa Ruuskasen muistokirjoitus Tiedonjyvä 29.8.2012. Viitattu 23.5.2018. Ohjaajansa vaikutuksesta Kataja suuntautui itsekin aluksi hiukkasfysiikkaan ja raskaiden ionien törmäysten tutkimukseen. Hänen lisensiaattityönsä ja väitöskirjansa liittyivät toki näihin teemoihin, mutta niissä hahmottui jo hänen tuleva oma erikoisalansa hydrodynamiikka eli virtausopin tutkimus. Kataja oli valinnut hydrodynamiikan tutkimusalaksi professori Ruuskasen suosituksesta. Virtausopin tutkimusta tehtiin Jyväskylän yliopistossa 1980-luvulla tietokoneavusteisilla menetelmillä ja vuonna 1986 työtä helpotti se, että tietokonegrafiikka oli jo otettu käyttöön. Kuvia ei enää tarvinnut piirtää käsin. Katajasta kehittyi Jyväskylässä nopeasti taitava hydrodynaamisten mallien simulaatioiden koodien kirjoittaja. Katajan aloittama hydrodynamiikan tutkimus on jatkunut Jyväskylän yliopistossa myöhemminkin ja sitä ovat vuorollaan tehneet jo useat tohtoriopiskelijat.Maalampi 2015, s. 63.

Kataja valmistui Jyväskylän yliopistosta fysiikan alalta filosofian lisensiaatiksi vuonna 1986.Markku Katajan lisensiaattityö Kansalliskirjasto Finna. 2018. Viitattu 23.5.2018. Lisensiaattitutkimus (nimeltään Viskositeetti ja faasitransitio suurienergisten raskasionitörmäysten yksiulotteisessa hydrodynaamisessa mallissa) käsitteli raskasionitörmäyksien virtausominaisuuksia, kuten viskositeettia. Lisensiaattityö kuuluu virtausopin alaan, mutta se käsittelee olennaisesti myös hiukkasfysiikkaa. 

Tohtoriksi Kataja väitteli vuonna 1989 fysiikan alalta Jyväskylän yliopistossa.Esa Lilja: Filosofian tohtori Markku Kataja... Helsingin Sanomat 6.4.2006. (maksullinen artikkeli). Viitattu 23.5.2018. Hänen väitöskirjansa (Hydrodynamics in high-energy nuclear collisions, ) liittyy hydrodynamiikan alaan. Väitöskirjan ohjasi professori Vesa Ruuskanen. Väitöstutkimuksessaan Kataja laajensi jo lisensiaattitutkielmassa aloittamaansa tutkimusaihetta eli raskaionitörmäyksien hydrodynamiikan tarkastelua hiukkasfysiikan kontekstissa. Kataja viimeisteli Jyväskylässä aloittamansa väitöstutkimuksen Massachusettsin Teknillisessä Korkeakoulussa (MIT). Väitöskirjaprojektin aikana hän laati neljä tieteellisiä artikkeleita yhteistyössä ohjaajansa (Ruuskanen), professori Keijo Kajantien sekä amerikkalaisen Larry McLerranin kanssa. Artikkelit ilmestyivät sarjajulkaisuna vuonna 1986. 

Professoriksi

Valmistumisen jälkeen Kataja on toiminut useissa tutkimus- ja opetusviroissa mm. Jyväskylän yliopistossa. Hänet nimitettiin huhtikuussa 2001 osa-aikaiseksi fysiikan professoriksi (teollisuusfysiikan professoriksiVuosikatsaus 2001, s. 10. (PDF). Jyväskylän yliopiston matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta. 2001. Viitattu 23.5.2018.) viideksi vuodeksi (2001–2006) Jyväskylän yliopistoon erikoistumisalanaan virtausdynamiikka ja sen teolliset sovellukset.Leena Pallari: Filosofian tohtori Markku Kataja... Helsingin Sanomat 4.4.2001. (maksullinen artikkeli) Viitattu 23.5.2018. Kyseinen osa-aikainen professuuri oli yhteisprofessuuri Valtion Teknillisen tutkimuslaitoksen (VTT) kanssa.Matti Manninen: Kiihdyttimen varjosta kasvoi Nanotiedekeskus. 2015, s. 71. Teoksessa Mari Heikkilä (toim.): Sattumaa, haperotatteja ja keltainen syklotroni. Viitattu 23.5.2018. VTT:ssa Kataja työskenteli tutkimusprofessorin nimikkeellä.KESTÄVÄ TUOTANTO JA TUOTTEET (KETJU) -TUTKIMUSOHJELMA (2006-2010) (PDF). Ohjelmamuistio 2005. Suomen Akatemia. Viitattu 23.5.2018. Professuurin alkaessa Kataja oli mukana professori Jussi Timosen johtamassa tutkimusryhmässä. Fysiikan laitos tutki professori Timosen johdolla huokoisia materiaaleja yhteistyössä Valmetin kanssa.Manninen 2015, s. 70. Tutkimus on ollut osa Jyväskylän yliopiston harjoittamaa materiaalifysiikan tutkimusta.

Vakinaiseksi fysiikan professoriksi Jyväskylän yliopiston fysiikan laitokselle Kataja nimitettiin vuonna 2006. Hän aloitti toimessa huhtikuussa 2006.Markku Kataja fysiikan professoriksi. Jyväskylän yliopiston hallituksen päätöksiä 5.4.2006. Jyväskylän yliopisto. Viitattu 23.5.2018. Professuurin alaksi määriteltiin virtausdynamiikka ja sen teolliset sovellukset. Uransa aikana professori Kataja on johtanut laajoja kansallisia tutkimusprojekteja. Niissä yhteistyökumppaneina on ollut mm. yrityksiä. Hän on lisäksi tehnyt tutkimusyhteistyötä useiden kotimaisten ja kansainvälisten tutkimuslaitosten kanssa.

Professorin toimensa ohella Kataja on toiminut erilaisissa hallinnollisissa tehtävissä tiedekunnassaan ja fysiikan laitoksella. Jyväskylän yliopiston matemaattis-luonnontieteellisen tiedekunnan dekaani Mikko Mönkkönen nimitti joulukuussa 2017 professori Katajan Jyväskylän yliopiston fysiikan laitoksen johtajaksi.Solitoni 20.12.2017. Jyväskylän yliopiston fysiikan laitos. Hänen toimikautensa laitoksen johtajana alkoi vuoden 2018 alussa. Laitosjohtajan ominaisuudessa professori Kataja on osallistunut myös matemaattis-luonnontieteellisen tiedekunnan hallintotyöhön tiedekuntaneuvostossa.Tiedekuntaneuvosto Jyväskylän yliopiston matemaattis-luonnontieteellinen tiedekunta, 23.4.2018. Viitattu 23.5.2018. Hän on lisäksi ollut tiedekunnan johtoryhmän jäsen.Tiedekunnan johtoryhmän nimittäminen toimikaudelle 2018–2021. Dekaanin päätös 15.1.2018. MLTK, Jyväskylän yliopisto. Laitosjohtajan toimikauden oli määrä kestää vuoden 2021 loppuun saakka.Jyväskylän yliopiston dekaanit kaudelle 2018–2021 valittu Jyväskylän yliopisto. 28.11.2017. Viitattu 23.5.2018. Professori Kataja kuitenkin jätti tehtävänsä yllättäen marraskuussa 2020. Tiedekunnan dekaani nimitti hänen seuraajakseen lopun toimikauden ajaksi professori Timo Sajavaaran.

Tutkimustyö

Fyysikkona Kataja on erikoistunut kokeellisen fysiikan tutkimukseen, vaikka hän aloittikin uransa aikanaan teoreettisen fysiikan parissa. Professori Katajan erikoisalaa ovat varsinkin paperinvalmistusteknologian virtausilmiöt. Hän on tutkinut oman erikoisalansa virtausfysiikan ohella erilaisia käytännön sovellutuksia ja tehnyt teollisuusfysiikan tutkimusta. Teollisuusfysiikan pääalat Jyväskylän fysiikan laitoksella ovat olleet pehmeän ja epäjärjestyneen aineen fysiikka, monifaasivirtaukset sekä erilaisten teollisten prosessien mallinnus.Markku Kataja: Soveltavaa fysiikan tutkimusta Jyväskylässä, s. 18. (PDF). Jyväskylän yliopisto. Viitattu 23.5.2018. 

Vuonna 2009 Kataja veti tutkimusryhmää, joka tutki ydinjätteen loppusijoituksen yhteydessä käytettävän bentoniittisaven ominaisuuksia.Helena Raunio: Jyväskylässä tutkitaan kuituja nanotomografialla Tekniikka ja talous 9.7.2009. Viitattu 23.5.2018. Tutkimuksessa sovellettiin fysiikan laitoksen tuolloin hankkimaa röntgennanotomografialaitteistoa. Nanotomografiaa voidaan aineentutkimuksen ohella hyödyntää solubiologian ja hyvinvointiteknologian alueella analysoitaessa mm. luun tai lääkeainekapseleiden rakennetta. Sen avulla voi tarkastella jopa yksittäisten solujen rakennetta. Ydinjätteen loppusijoitukseen liittyvässä hankkeessa bentoniittisavesta pyrittiin kehittämään ydinjätettä sisältävän kapselin ja peruskallion väliin eristävä kerros estämään radioaktiivisten aineiden kulkeutumista maaperään, jos kapseliin mahdollisesti tulee vuoto. Nanotomografiaa käytettiin apuna selvittämään bentoniittisaven rakenteen käyttäytymistä maaperän kosteuden muuttuessa. Professori Jussi Timosen mukaan nanotomografialaitteella voi tarkastella, miten materiaali paisuu, kun kosteus lisääntyy.  

Virtausfysiikan tutkimuksessa Kataja on erikoistunut kokeelliseen tutkimukseen. Vuonna 2017 käynnissä olleissa tutkimushankkeissaan professori Kataja työryhmineen on tarkastellut esimerkiksi kompleksisten nesteiden virtausta putkistoissa käyttäen mittauksissa erilaisia virtausnopeuksia.Professori Katajan tieteellisiä julkaisuja 2018. Jyväskylän yliopisto. (englanniksi) Viitattu 23.5.2018. Kompleksiset aineet (esim. bentoniittisavi ja erilaiset komposiitit) ovat rakenteeltaan heterogeenisiä.Complex materials - Research interests in our research group Fysiikan laitos, JY. 2018. Viitattu 23.5.2018.  Tyypillisesti ne ovat nestemäisessä faasissa olevaa kiintoainetta, jonka käyttäytymistä esimerkiksi virtauksessa on hankala ennustaa.  

Selluloosan virtausominaisuudet

Professori Kataja on tutkinut myös mikrofibrilloituneen selluloosan (, MFC) virtauskäyttäytymistä paperinvalmistusprosessissa. MFC-materiaaleja on 2000-luvulla tutkittu aktiivisesti, koska niitä voidaan käyttää erilaisten biopohjaisten materiaalien valmistukseen.Markku Kataja, Sanna Haavisto, Juha Salmela, Roope Lehto and Antti Koponen: Characterization of micro-fibrillated cellulose fiber suspension flow using multi scale velocity profile measurements. Nordic Pulp & Paper Research Journal Vol 32, no 3, 2017. --- DOI 10.3183/NPPRJ-2017-32-03-p473-482. Viitattu 23.5.2018. Kataja työryhmineen on selvittänyt MFC:n ominaisuuksia virtauksen aikana. Mittauksessa kuidut asetettiin veteen ja sen jälkeen tutkittiin syntyneen seoksen virtausta suorassa putkessa. Tutkimuksessa käytettiin tähän tarkoitukseen kehitettyä uutta nopeusprofiileja soveltavaa reometristä mittausmenetelmää. Mittausmenetelmä perustuu siihen, että suorassa putkessa virtaavaa selluloosaa mitataan samanaikaisesti käyttäen kahta eri mittausmenetelmää: Dopplerin optista koherenssitomografiaa (, DOCT) ja ultraääninopeusprofilointia (, UVP). Dopplerin optinen koherenssitomografia (DOCT) on mittausmenetelmä, jolla on mahdollista mitata reaaliaikaisesti niin kutsuttujen suspensioiden virtauksen nopeusprofiili ohuista kapillaareista häiritsemättä virtauksen kulkua.Lauri Janne: Doppler optical coherence tomography in determination of suspension viscosity Jultika.oulu.fi. Jultika, Oulun yliopiston julkaisutietokanta. Viitattu 23.5.2018. Menetelmän erotuskyky on tarkka. 

Sellukuidun mittausten tuloksista (DOCT ja UVP) laadittiin virtausnopeuden profiilimalli. Profiilimallissa on mittaustietoa sekä lähellä putken ulkoseinämää virranneesta materiaalista että syvemmällä lähempänä putken keskipistettä liikkuneesta aineksesta. Tutkimusryhmä selvitti mittausten avulla selluloosakuitukerrosten rajapintojen reologisia ominaisuuksia ja sitä, miten kuitujen rajapinta käyttäytyy virtauksen aikana.

Julkaisut ja patentit
ResearcGate-palvelun tietojen mukaan professori Kataja on julkaissut fysiikan alalta 75 tieteellistä artikkelia.Professori Kataja ResearchGate.com-palvelussa. 2018. Viitattu 23.5.2018.   Julkaisujen ohella Katajalla on nimissään myös kaksi paperinvalmistusteknologiaan liittyvää patenttia.

Kirjailija
Professori Kataja on kirjoittanut joitakin teoksia virtausdynamiikan alalta.

Teokset:
 Hiltunen, Kai & Kataja, Markku: Multiphase flow dynamics : theory and numerics.Espoo: VTT, 2009. 
 Rheological materials in process industry: ReoMaT final report. Espoo: VTT, 2008. 

Lähteet
 Mari Heikkilä (toim.): Sattumaa, haperotatteja ja keltainen syklotroni. Aikalaistarinoita Jyväskylän yliopiston matemaattis-luonnontieteellisen tiedekunnan 50-vuotiselta taipaleelta. Jyväskylän yliopisto, 2015 

Viitteet

Aiheesta muualla
 Markku Katajan sivu. Jyväskylän yliopisto. 
 Prof. Katajan tutkimusryhmän sivu Jyväskylän yliopisto. 

Luokka:Suomalaiset fyysikot
Luokka:Suomalaiset professorit
Luokka:Jyväskylän yliopiston professorit
Luokka:Vuonna 1956 syntyneet
Luokka:Elävät henkilöt