Student: Marek Vyšinka
Vedoucí: Prof. RNDr. Zdeněk Němeček, DrSc.
Stav práce: obhájená
Abstrakt:
Značná část hmoty ve vesmíru je ve formě prachových zrn o velikosti desítek nanometrů až desítek mikrometrů. Tato zrna jsou nejrůznějšími procesy nabíjena na značné potenciály a elektrostatické nebo elektromagnetické síly tak podstatnou měrou ovlivňují jejich dynamiku. Úkolem laboratorních experimentů je stanovit základní nabíjecí charakteristiky prachových zrn a určit jejich závislosti na rozměrech zrn. Mezi základní nabíjecí procesy patří záchyt primárních částic (elektronů a iontů) na povrchu zrna, sekundární elektronová emise vyvolaná dopadem primárních elektronů, fotoemise zrna způsobená UV složkou záření Slunce a další procesy, které se uplatňují méně, jako termoemise a autoemise. O tom, který proces se v daném okamžiku nejvíce uplatňuje, rozhodují jak vlastnosti obklopujícího prostředí, tak v některých případech materiál a rozměry zrn, případně i historie nabíjení zrna (tj. dvě stejná prachová zrna nemusí mít ve stejných podmínkách stejný povrchový potenciál).
K dalšímu rozvoji teoretických úvah je však nutné dobře porozumět jednotlivým nabíjecím procesům, což je však v přirozeném prostředí obtížné, neboť nabíjecí procesy působí současně, i když s různou vahou. To vedlo k rozvoji laboratorních experimentů, kde je možno zkoumat dílčí nabíjecí procesy v definovaných podmínkách a pro definovaná zrna.
Jednou z možností je sledovat vývoj měrného náboje jednoho zrna. Toho je možné dosáhnout například pozorováním zrn, která prolétla daným prostředím (plazmatem, svazkem nabitých částic) nebo zachycením jednoho zrna v elektrodynamické pasti, což je princip, na kterém je postavena ojedinělá experimentální aparatura na naší katedře. Součástí aparatury jsou elektronové a iontové dělo, které slouží k nabíjení/vybíjení zkoumaného zrna elektrony, respektive ionty. Jedná se o zdroje poskytující monoenergetický svazek primárních částic v rozsahu energií 50 eV - 10 keV pro elektronový zdroj a 100 eV - 5 keV pro iontový zdroj. Emisní proudy obou zdrojů částic jsou regulovatelné. Jak se však ukázalo v průběhu měření, vnitřní stabilizace obou komerčních přístrojů není dostatečná pro dynamická měření, a proto musí být oba zdroje dodatečně stabilizovány. Emisní proudy se měří Faradayovým válcem, který je sestaven ze systému mřížek a kolektoru.
Cílem bakalářské práce je návrh a realizace stabilizace emisních proudů pro nově připravovanou aparaturu. Konkrétně se úkol skládá z těchto dílčích kroků:
1) zabudování systému s Faradayovým válcem do zkušební vakuové aparatury
2) úprava a doplnění příslušných elektronických obvodů
3) ověření funkce systému
4) vyhodnocení ověřovacích měření a návrh konečného řešení problému.
Bakalářská práce souvisí úzce s vědeckým výzkumem na katedře, který je podporovaný řadou českých i zahraničních grantových projektů. Na výsledky práce lze navázat i v následném magisterském, případně doktorském studiu.