Pohyb nabitých částic v elektromagnetickém poli; Elektronový spektrometr

Student: Aleš Podolník
Vedoucí: Prof. RNDr. Juraj Glosík, DrSc.
Konzultant: Mgr. Radek Plašil, Ph.D.
Stav práce: obhájená

Abstrakt:

Elementární srážkové procesy určují podstatné vlastnosti nízkoteplotního laboratorního i kosmického plazmatu. Jedním z procesů, které určovaly vývoj vesmíru byla i reakce záporných iontů H- s neutrálními atomy vodíku. Při této reakci vzniká molekula H2 a volný elektron. Téměř půl století se snaží teoretici i experimentátoři určit rychlost této exotermní reakce a rozdělení uvolněné energie mezi produkty (+3,5 eV). Jedná se o jednoduchou, ale velice fundamentální reakci s nezastupitelným místem mezi tisíci jiných reakcí. Především v oblastí nízkých teplot, 4–100 K, je průběh této reakce klíčový pro astrofyziku. Bez experimentálních údajů je rychlost reakce jen těžko předvídatelná. Pro studium této reakce budeme v naší laboratoři stavět kryogenní iontovou past (pro záchyt a chlazení iontů H-) s elektronovým spektrometrem pro měření energie emitovaných elektronů. Prvním stádiem je návrh elektronového spektrometru s co nejvyšším energetickým rozlišením. Elektronový spektrometr založený na principu „inverzního magnetického zrcadla“ bude využívat kombinaci elektrostatického pole a silně nehomogenního magnetického pole.

Náplní bakalářské práce bude návrh elektronového spektrometru a optimalizace návrhu z hlediska spojení spektrometru s iontovou pastí.

Obr. 1. Předběžný návrh uspořádání elektronového spektrometru. Výpočty průběhu magnetických silokřivek a magnetického pole.
Obr. 2. Iontová past pro záchyt iontů H-. Ionty jsou zachyceny v minimu efektivního potenciálu podél osy pasti. Zachycené ionty mohou být ještě před interakcí s atomy vodíku ochlazeny na teplotu 10–300 K pomocí srážek s chladným héliem.

Předpokládáme, že student by mohl pokračovat v stavbě a testech spektrometru a v jeho použití pro studium reakce (H- + H) v rámci diplomové práce. Návrh a konstrukce iontového zdroje a iontové pasti není součásti bakalářské práce, ale patří do rozsáhlého projektu studia reakcí elektronů a iontů v podmínkách nízkoteplotního plazmatu.

Zásady pro vypracování:
1) Seznámení se s principem elektronového spektrometru.
2) Návrh elektronového spektrometru pro studium energie elektronů uvolňovaných při reakci H- +H → H2 + e-. Výpočty drah elektronů s pomocí programu Simion nebo vlastního programu.
3) Návrh konstrukce elektronového spektrometru. Návrh cívek, jejich konstrukce a proměření pole.
4) Obeznámení se s experimentem určeným k měření rychlosti reakce H- + H. Podle okolností a možností účast na měření na Univerzitě v Chemnitz (Německo).

Seznam odborné literatury
[1] Bittencourt J.A., Fundamentals of Plasma Physics, Springer, New York, 2004, ISBN 0-387-20975-1.
[2] Rijs A.M., et al, ‘Magnetic bottle’ spectrometer as a versatile tool for laser photoelectron spectroscopy, Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 112 (2000) 151–162.
[3] Glover S.C., et al, Cosmological implications of the uncertainty in H- destruction rate coefficients, The Astrophysical Journal, 640 (2006) 553–568.
[4] Čížek M. and J. Horáček, Long-lived anionic states of H2, HD, D2, and T2, Phys. Rev. A 75 (2007) 012507.
[5] Další časopisecká literatura podle dohody s vedoucím práce.