Student: Jakub Vaverka, Marek Vyšinka, 2. ročník
Vedoucí: Doc. RNDr. Zdeněk Němeček, DrSc.
Stav projektu: dokončený
Anotace:
Současný stav řešení příslušné problematiky
Kosmické sondy Surveyor 5-7 objevily efekt nazvaný světélkování horizontu (horizon glow) - tenkou linii světla nad západním horizontem Měsíce těsně po lokálním západu Slunce [1]. Tento efekt byl přisouzen rozptylu světla na malých (~10 µm) prachových zrnech levitujících nad povrchem Měsíce ve výškách 10-30 cm. Podle [2-3] jsou prachová zrna uvolňována z povrchu vlivem silného elektrického pole, které se vytváří na hranici světla a stínu. Prachová zrna nad povrchem získávají negativní náboj ve vrstvě fotoelektronů generovaných slunečním UV zářením a výsledné elektrické pole dosahuje hodnot (~1 kV/m) dostatečných ke kompenzaci gravitace Měsíce. Pokus o experimentální ověření tohoto mechanizmu v laboratoři provedli Sickafoose et al. [4,5]. V experimentu využívajícím Hg-Xe UV lampu s výkonem 1 kW ozařoval Zr podložku o průměru 10 cm. Autoři experimentu si vybrali zirkonovou podložku, protože tento materiál má relativně malou výstupní práci (4.05 eV) a vysokou fotoelektrickou účinnost. Přestože dosáhli celkového fotoproudu ~20 µA a elektronové hustoty ~1010 m-3, elektrické pole ve vrstvě nepřesáhlo 100 V/m a nestačilo tedy na kompenzaci gravitace Země. Tento nezdar autoři přisoudili nedostatečné intenzitě světla v oblasti vlnových délek postačujících pro fotoefekt.
Velyhan et al., [6] prováděli měření nabíjecích charakteristik prachových zrn v iontovém svazku o energii 0.3-5 keV a ukázali, že energetické ionty mohou nabíjet prachová zrna z izolačních materiálů na potenciály dosahující ~1-2 kV. V podmínkách ultravakua se náboj prachových zrn zmenšuje velmi pomalu (časové konstanty jsou v řádu hodin) a pod jistou prahovou hodnotou elektrického pole vybíjení zřejmě zcela ustane. Nabíjení vykazovalo efekt paměti – vybíjecí proud závisel na energii iontů, které byly použity k nabíjení. Autoři přisoudili tento efekt vytváření vrstvy náboje pod povrchem zrna v hloubce úměrné energii bombardujících iontů. Pavlů et al., [7] ukázali, že tento efekt je typický pro izolátory.
V podmínkách panujících na povrchu Měsíce je osvětlená strana neustále bombardována ionty slunečního větru o energii ~1 keV, takže je možno očekávat budování vrstvy kladného náboje pod povrchem bombardovaných prachových zrn. Tento efekt autoři prací [2-5] nevzali v úvahu.
Cílem navrhovaného experimentu je ověřit možnost levitace prachových zrn nad izolační podložkou, ozařovanou současně UV lampou a iontovým dělem, tj. v podmínkách odpovídajících podstatně lépe situaci panující na povrchu Měsíce.
Projekt předpokládá využití stávající vakuové komory vybavené iontovou a turbomolekulární vývěvou, k dispozici jsou elektronové a iontové dělo pro simulaci slunečního větru. Aparaturu je třeba dovybavit zdrojem UV záření a optickým zařízením pro sledování chování prachových zrn a sondou pro měření elektrických polí.
Cíl projektuZ předchozího přehledu a ideového nástinu experimentu vyplývají následující cíle: