Student: Ivana Richterová
Vedoucí: Doc. RNDr. Zdeněk Němeček, DrSc.
Konzultant: Doc. RNDr. Jana Šafránková, DrSc.
Stav práce: obhájená
Abstrakt:
V téměř každém plazmatickém prostředí, zejména ve vesmíru, se nachází prach. Jeho chování souvisí s nábojem zrn, která se ale nabíjejí mnoha rozdílnými, ne vždy dostatečně vysvětlenými procesy. Diplomová práce se věnuje studiu povrchového potenciálu mikrometrových zrn, který se na nich ustanoví následkem sekundární elektron-elektronové emise (SEEE) v oblasti středních energií (desetiny až
jednotky keV).
V tomto rozsahu energií existuje několik teorií, které popisují SEEE na planárních vzorcích kvalitativně; z nich výjimečně dobré shody dosahuje teorie vytvořená Sternglassem. Nicméně pro prachová zrna
jsou příznačné velká křivost povrchu, jejich velikost srovnatelná s doletem keV elektronů a mají nezanedbatelný povrchový potenciál. Tyto vlastnosti omezují použitelnost
současných teorií. Určit vliv zmíněných efektů na emisní vlastnosti prachu se doposud podařilo jen částečně.
Použili jsme Sternglassovo přiblížení k vytvoření jednoduchého Monte-Carlo modelu založeného na sledování drah primárních elektronů uvnitř zrna, jehož výstupem je povrchový potenciál zrna daný podmínkou, že výtěžek sekundární emise je roven jedné. Výpočet ukázal, že pokles potenciálu zrna s energií může vést ke změně polarity náboje a může následovat i jeho druhý nárůst v jisté oblasti
velikostí zrn závislé na použitém materiálu.
Experimentálně jsme potvrdili závěry modelu na sférických mikronových zrnech z melamin-formaldehydové pryskyřice. Naše experimentální uspořádání umožňuje
zachytit jedno prachové zrno v elektrodynamickém kvadrupólu a vystavit je působení elektronového svazku, přičemž ostatní možné proudy jako je proud iontů nebo elektronů ze
stěn kvadrupólu lze zanedbat. Měrný náboj prachového zrna můžeme určit z frekvence jeho kmitů a měrnou kapacitu z rozboru dynamických měření.
Dust is present in nearly all plasma environments.
Its behaviour is driven by the charge of dust grains but they
can attain their charge by many different processes, not all of
them being well understood. The thesis is devoted to a study of a surface potential of micron-sized grains due to the secondary electro-electron emission (SEEE) at the energy range from ~300 eV to 10 keV.
The SEEE from planar surfaces in this energy range is described qualitatively by a few theories, from which that of Sternglass is especially successful. However, a high surface curvature and a size comparable to a penetration depth of keV electrons and a non-negligible surface potential limit applicabilities of these theories for small dust grains.
Previous attempts to describe these effects on emission properties of the dust have succeeded only partly.
We had used approach of Sternglass and developed a simple Monte-Carlo model based on tracing of trajectories of primary electrons inside the grain. The model
predicts a grain equilibrium surface potential given by the condition that the SEEE yield is equal to unity. Model calculations revealed that the decrease of the grain potential with the electron energy can lead to the reversal of the charge sign and/or can be followed by a new increase of it in
a certain range of grain radii.
We have confirmed experimentally the model predictions using spherical micron-sized melamine formaldehyde resin grains. Our experimental set-up allows us to trap a single dust grain in the electrodynamic quadrupole and to expose it to an electron beam in keV energy ranges, practically without
other background currents. A specific charge of the grain was determined from the frequency of its oscillation and its specific capacity from the analysis of dynamic measurements.