Teorie plazmatu - Teoretická skupina katedry fyziky
Katedra fyziky, Technická 2, 160 00 Praha 6
Tel.: 224 352 191, Fax: 233 339 929
http://aldebaran.cz/ts/
Kdo jsme?
prof. RNDr. Petr Kulhánek, CSc. - vedoucí skupiny
RNDr. David Břeň, PhD. (FJFI ČVUT)
Čím se zabýváme
- Jevy na hranici dvou oblastí plazmatu.
- Urychlení elektronů elektrickým polem bouřkového oblaku.
- Podpora výuky (tvorba e-learningových aplikací) a popularizace fyziky a astronomie.
Ukázka numerického řešení disperzní relace popisující chování dvousložkového plazmatu v magnetickém poli pro situaci jednoho plazmatického svazku pronikajícího do plazmatického pozadí (terče). Imaginární části větví disperzní relace (červeně) jsou zodpovědné za rozvoj nestabilit v plazmatu a pro různé aplikace je důležitá nejvyšší hodnota imaginární části (koeficient nárůstu nestability).
K čemu to je
Jevy na hranici dvou oblastí plazmatu: Disperzní relace interakce dvou svazků nebo svazku (výtrysku) s pozadím byla řešena v mnoha parciálních situacích. Dosud ale nebyla řešena s obecným magnetickým polem za přítomnosti tepelných jevů a pro obecné frekvence. Interakce svazku s pozadím je snadno škálovatelná a výsledky mohou být využity pro řadu důležitých problémů, například interakci svazku s terčem při fúzi nebo astrofyzikální problematiku.
Urychlení elektronů elektrickým polem bouřkového oblaku: V oblasti bleskového výboje existuje celá řada experimentů - od sledování gama záblesků z bouřkových oblastí, měření rentgenového záření, toků nabitých částic až po fotografování výbojů z horních vrstev bouřkového oblaku směrem vzhůru do ionosféry. Mechanizmus je ale znám jen rámcově. Řešení urychlení s polem mraku je vždy prováděno za předpokladu konstantní srážkové frekvence. Vzájemné působení částic a R vln je důležitou úlohou pro řešení magnetosférických problémů, kde je naměřeno množství zatím ne zcela objasněných dat z družic i pozemských stanic.
Levý obrázek: Grafické rozhraní vyvíjeného programového balíku PIC (Particle in Cells) pro sledování plazmatu. Balík řeší pohyb jednotlivých částic plazmatu a výpočet polí na předem dané mříži. Uživatelské prostředí umožňuje nejenom zobrazení částic a polí, ale i nahrání videa vývoje plazmatu ve výpočetní oblasti.
Pravý obrázek: Ukázka vzniku turbulentních struktur na hranici plazmového vlákna. Výpočet byl prováděn metodou PIC, pole jsou zobrazena metodou LIC (Line Integral Convolution). V označených místech dochází k přepojení (rekonexi) magnetických indukčních čar.
Na čem konkrétně pracujeme
- Analýza disperzní relace v dvousvazkové nestability v obecných konfiguracích za přítomnosti obecně orientovaného magnetického pole.
- Analýza frekvenčího spektra elektronů urychlených bouřkovým oblakem.
- PIC (Particle in cell) simulace nestabilit v plazmatu.
- Relativistický tvar Fokkerovy-Planckovy rovnice a Chandrasekharovy funkce.
Levý obrázek: Ukázka rozložení snímku polární záře do tří barevných kanálů. Nejvíce je patrná zrnitost v červené barvě (vlevo), méně pak v modré barvě (vpravo). V zeleném kanálu (uprostřed) se zrnitost téměř neprojevuje. Snímek byl pořízen 18.9. 2002 v 0:52 SEČ v horách Skjormdalen na diapozitivní materiál Kodak EPL 5075, citlivost 400 ISO. Doba expozice 20 s, clona 2,2. Expedice Aurora.
Pravý obrázek: Vývoj imaginární části disperzní relace v závislosti na cyklotronní frekvenci plazmatického pozadí (terče)
Kdo financuje náš výzkum
SGS12/181/OHK3/3T/13 – Nestability v plazmatu a vzájemná interakce částic s plazmatem
SGS10/266/OHK3/3T/13 – Elektrické výboje, základní výzkum a aplikace
Sdružení Aldebaran Group for Astrophysics
2008-2010: GA AVČR: Simulační výpočty DD fúzní reakce, IAA101210801
S kým spolupracujeme
Akademické instituce
- Katedra fyziky FJFI ČVUT v Praze
- Astronomický ústav AV ČR, Oddělení relativistické astrofyziky
Vybrané publikace
Monografie
- P. Kulhánek: Úvod do teorie plazmatu, AGA, Praha, 2011
Články v časopisech a sbornících
- D. Břeň, P. Kulhánek: Modeling of plasma fibers with radiative processes, Czechoslovak Journal of Physics, Vol. 56 (2006) B500-B505
- M. Bohata, D. Břeň, P. Kulhánek: Generalized Buneman Dispersion Relation in Longitudinally Dominated Magnetic Field, ISRN Condense Matter Physics
- D. Břeň: Program Package for 3D PIC model of Plasma Fiber, In: Proceedings of the Workshop Collective Phenomena in Macroscopis Systems. London: World Scientific Publishing Company, 2007, p. 237-240. ISBN 981-270-705-0
- D. Břeň, P. Kulhánek: Modeling of plasma fibers with radiative processes, In: Czechoslovak Journal of Physics. 2006, vol. 56, no. Suppl. B, p. B500-B505
- P. Kulhánek, D. Břeň, M. Žáček, J. Rozehnal: Numerical Simulation of Beam - Target Plasma Interaction. In Book of abstracts: 21st International Conf. on Numerical Simulation of Plasmas 2009. Lisbon: Instituto Superior Técnico/Instituto de Telecomunicaçoes Portugal, 2009, p. 1
- M. Žáček: PIC Simulation of plasma with energy loss by radiation calculated from Lorentz Dirac equation. In Proceedings of the Workshop Collective Phenomena in Macroscopis Systems. London: World Scientific Publishing Company, 2007, p. 295-300
- M. Horký: Numerical Solution of the Generalized Buneman Dispersion Relation, Proceedings of Poster 2012, Prague 2012
- M. Horký: Instability Growth Rate Dependence on Input Parameters During the Beam-Target Plasma Interaction, 25th Symposium on Plasma Physics and Technology, Prague 2012
- T. Čeleda: Solar sail craft demo application, Proceedings of Poster 2012, Prague 2012