Závěrečná zpráva grantu 176/2001/B-FYZ/MFF

Název projektu:Studium povrchových procesů na prachových částicích.
Hlavní řešitel:Prof. Jana Šafránková, DrSc.
Spoluřešitelé: Doc. Zdeněk Němeček, DrSc.; Mgr. Peter Žilavý, PhD.; Ing. Andriy Velyhan; Mgr. Jiří Pavlů; Mgr. Zoltán Sternovský; Karel Jelínek; Mgr. Ivana Richterová
Období řešení:2001-2003
Celková dotace:542 tis. Kč

Souhrn výsledků

  Prachové plazma vyplňuje celý kosmický prostor. Mnoho technických aplikací využívá prachového plazmatu a v jiných působí nabitý prach technologické komplikace.
  K nabíjení prachových částic v plazmatu vede několik mechanizmů. Námi vyvinutá a neustále inovovaná experimentální aparatura umožňuje zachytit jedno prachové zrno v elektrodynamické pasti po dobu až několika týdnů, působit na něj elektronovými nebo iontovými svazky a průběžně měřit jeho náboj.
Měření nabíjecích charakteristik zrn z různých materiálů ukázala, že koeficient sekundární emise podstatně závisí na poloměru křivosti zrna a klesá s jeho velikostí. Energetické spektrum odcházejících sekundárních a rozptýlených elektronů vykazuje značně větší procento vysokoenergetických elektronů než v případě plochých vzorků. Tyto výsledky byly potvrzeny počítačovým modelem..
  Model vysvětlil nejen růst povrchového potenciálu zrn malých průměrů s energií primárních elektronů, ale předpověděl, že zrna se budou v jisté oblasti průměrů a energií nabíjet záporně. Tento efekt byl experimentálně potvrzen a využit ke studio autoemise z izolátorů, která nemůže být měřena jiných způsobem. Studium vedlo k překvapivému zjištění, že výstupní práce autoemise závisí na historii nabíjení (energii elektronového svazku).
  Tento výsledek nás vedl k opakování a rozšíření předchozích experimentů s nabíjením prachových zrn na kladné potenciály iontovým svazkem a následným vybíjením vlivem iontové vlastní emise (vypařování vlivem silného elektrického pole). Experimenty ukázaly, že efekt historie je v případě iontového nabíjení ještě výraznější. Vybíjecí iontový proud je determinován hlavně procesy probíhajícími uvnitř materiálu zrna. Tento proud nemůže být popsán pouze pomocí intensity elektrického pole na povrchu zrna (jak se doposud předpokládalo), pokud není známa historie zrna.
  Metody modelování nabíjení prachových zrn byly aplikovány na vysvětlení chování potenciálů umělých družic během aktivních experimentů v ionosféře. Podařilo se vysvětlit experimentální výsledky publikované ještě před započetím projektu, které ukazovaly, že změna potenciálu během emise plazmového oblaku z družic může nabývat v závislosti na koncentraci okolního plazmatu kladných I záporných hodnot.
  Výsledky projektu byly prezentovány ve 12 příspěvcích na 6 mezinárodních konferencích a publikovány v 8 článcích ve sbornících těchto konferencí. Nejdůležitější výsledky byly shrnuty do 8 článků přijatých k publikaci v mezinárodních časopisech. Studenti pracující na projektu prezentovali většinu konferenčních příspěvků, jsou autory nebo spoluautory všech publikací a navíc v průběhu projektu obhájili 2 diplomové a 2 PhD práce.