Vedoucí: RNDr. František Němec, Ph.D.
Konzultant: RNDr. Milan Šimek, Ph.D. (Oddělení impulsních plazmových systémů, Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i., simek@ipp.cas.cz)
Stav práce: volná
Anotace:
TLE výboj typu Red Sprite je iniciován skokovou (~1-3 ms) změnou vertikální komponenty elektrického pole ve výškách 70-85 km. Tato změna se šíří v důsledku cloud-to-ground výboje a v jisté výšce (v závislosti na intensitě cloud-to-ground výboje) způsobí překročení hodnoty kritické meze elektrického pole Ek pro vznik samostatně se šířící ionizační vlny, tj. streameru (Ek~217 V/m v 70 km, Ek~48 V/m v 80 km). Předmětem studia jsou vlastnosti generovaných ionizačních vln (rychlost šíření, stanovení E/N, koncentrace a střední energie elektronů, vibračních/rotační distribuce a koncentrace nejdůležitějších excitovaných stavů, vývoj teploty a generace oxidů dusíku v objemu streamerového kanálu) prostřednictvím elektro-optických diagnostik a numerických modelů (v prostředí Comsol Multiphysics).
Cílem bakalářské práce je studium základních spektrometrických charakteristik laboratorních analogů TLE výbojů. Student se zapojení do prací na originálních experimentálních laboratorních zařízeních umožňujících periodickou generaci ionizačních vln (streamerových výbojů) v podmínkách imitujících prostředí horních vrstev atmosféry (tlak, teplota, časový průběh elektrických polí), ve kterém dochází ke generaci TLE výbojů, se zaměřením na výboje typu Red Sprite. Seznámí se se základy používaných diagnostických technik včetně ovládání příslušné instrumentace (osciloskop, ICCD spektrometr, čítač fotonů, OPO laser) a po zaškolení bude spolupracovat při sběru a zpracování experimentálních dat.
Zásady pro vypracování:
1. Rešerše literatury.
2. Seznámení se s mechanismy a procesy, které vedou ke generaci TLE výbojů.
3. Studium rozdílů mezi TLE a klasickými cloud-to-cloud/cloud-to-ground výboji.
4. Seznámení se s laboratorními analogy TLE výbojů.
5. Spolupráce na spektrometrických experimentech a vyhodnocení experimentálních dat.
6. Vypracování písemné zprávy.
Literatura:
1) F. F.Chen: Úvod do fyziky plazmatu, Academia, Praha 1984.
2) J. Groszkowski: Technika vysokého vakua. SNTL, Praha 1981.
3) Yu. P.Raizer: Gas Discharge Physics, Springer, Berlin 1997.
4) V. P. Pasko: Dynamic coupling of quasi-electrostatic thundercloud fields to the mesosphere and lower ionosphere, Dissertation, Stanford University, 1996.
5) E. A. Gerken: Telescopic imaging of streamer and diffuse glow dynamics in sprites, Dissertation, Stanford University, 2003.
6) V. P. Pasko: Red sprite discharges in the atmosphere at high altitude: the molecular physics and the similarity with laboratory discharges, Plasma Sources Sci Technol. 16, S13-S29, 2007.
Poznámka:
Tzv. Transient Luminous Events (TLE) je termín zavedený pro optické jevy velkého rozsahu, ke kterým dochází ve velkých nadmořských výškách (15-90 km), a které jsou svázány (ve smyslu časové a prostorové lokalizace) s klasickou bouřkovou aktivitou (tzv. cloud-to-ground lightnings). TLE výboje mají různorodý charakter (od difúzních forem až k formám filamentárním) a v závislosti na morfologii byly pro rozdílné formy TLE zavedeny termíny jako např. Elves (difúzní výboje velkého laterálního rozsahu ~300 km), Red Sprites (filamentární útvary, které se vyvíjí na spodní hranici ionosféry, a které se šíří směrem k Zemi), Halos (difúzní výboje 40-70 km laterálně), které často doprovázejí filamentární Red Sprites. Současný výzkum se zaměřuje jak na mechanismy související se vznikem a šířením TLE, na ionizační vlny indukované bouřkovou aktivitou, tak na vytvoření fyzikálně-chemickým modelů umožňujících predikci vlastností TLE výbojů (koncentrace a střední energie elektronů a molekulárních iontů ovlivňujících elektrickou vodivost, změna teploty plynu v důsledku šíření TLE, a s tím související změny rychlostí elementárních procesů ovlivňujících produkci chemicky reaktivních částic) včetně důsledků pro atmosférickou fyziku.