12LPZ. Jaroslav Nejdl,

Rozměr: px
Začít zobrazení ze stránky:

Download "12LPZ. Jaroslav Nejdl, nejdl@fzu.cz 24. 11. 2014"

Transkript

1 Plazmový zdroj rentgenového záření 12LPZ Jaroslav Nejdl, FJFI ČVUT v Praze Jaroslav Nejdl, (FzÚ AV ČR) LPZ 2014: 6. Plazmový zdroj RTG / 10

2 Úvod Interakcí intenzivního laseru s terčem o vysoké hustotě (pevná látka, kapalina, klastry) vzniká horké plazma, které září i v oblasti RTG. V plazmatu jsou generovány horké elektrony, které se šíří do terče záření rentgenové trubice. Pulzní zdroj jasného polychromatického rentgenového záření (v extrému až γ) Délka RTG impulsu dána délkou budícího impulsu a geometrií interakce (< 100 fs ns) Prakticky izotropní emise (do 2π resp. 4π) Nekoherentní (polychrom., velikost zdroje dána velikostí ohniska a průnikem e ) Jaroslav Nejdl, (FzÚ AV ČR) LPZ 2014: 6. Plazmový zdroj RTG / 10

3 Úvod II Lze rozlišit dva zdroje záření: Horké husté plazma absorpce laseru v hustém terči: Srážková absorpce (inverzní bremsstrahlung) Skin efekt (normální): velmi velký gradient hustoty - jako u kovu - e-i srážky j B ohřev (pro vysoké intenzity) - Brunelův (vakuový) ohřev rezonanční absorpce parametrické nestability: SRS, SBS, 2PD, Neionizovaná část terče, do kterého pronikají rychlé elektrony z plazmatu (fs rentgenka) Pro účinnou generaci je třeba zvolit vhodnou tloušt ku terče - dosah elektronů vs.reabsorpce záření O. Klimo Disertační práce FJFI, ČVUT 2007 Jaroslav Nejdl, (FzÚ AV ČR) LPZ 2014: 6. Plazmový zdroj RTG / 10

4 Brzdné záření elektronu - Bremsstrahlung Generace EM záření v důsledku změny rychlostí při srážkách nabitých částic 1. Srážka e-i: zrychlení elektronu - emise záření Srážka e-e: není změna těžiště náboje (při nerelativistických rychlostech) - nezáří! Klasicky: spektrální výkon vyzářený jedním elektronem v jednotce objemu: dp dν = Z2 e 6 32π 2 (4πɛ 0 ) 3 3 n i G(v 3 m 2 ec 3 v 1, ω) 1 Gauntův faktor můžeme vyjádřit jako G 3 π ln v 1 ωb 90 pro ωb 90 /v 1 1 a G 1 pro ωb 90 /v 1 > 1 ultrafialová λ katastrofa (integrál přes celé spektrum diverguje) max [ nm] 620/k B T e [ev] Kvantově: de Broiglie k = m e v 1 / : podm. použití klas. přístupu k b 90 1, kde ω 1/2m e v 2 1. Nerel. Gauntův faktor: G 3 π ln ( ) m e (v 1 +v 2 ) 2 2hν Izotropie & integrace přes maxwellovské rozdělení hustota spektrální zářivosti: ( ) dφ e j ν (ν) = dωdνdv = n en i Z ( ) 1/2 8π 4πɛ 0 3 2me e hν/k BT e g(ν, T e ), 3m 2 ec 3 πk B T e kde g(ν, T e ) G(ν, E + hν)e E /k B T e de k B T e 3 π ln ( ) 8k B T e hν ; s E = 1/2mv 2 1 hν. 0 1 Detailně např. v: I. Hutchinson: Principles of Plasma Diagnostics 2nd Ed., Cambridge Jaroslav Nejdl, (FzÚ AV ČR) LPZ 2014: 6. Plazmový zdroj RTG / 10

5 Přechody do vázaných stavů Elektrony zářivě rekombinují (při srážce s iontem ztratí energii - nejsou schopny opustit pole iontu): přechod volný-vázaný. Diskrétní přechody mezi vázanými stavy: čárové spektrum 2 Spektrální čáry RTG oblasti - lze dedukovat, které ionty jsou obsaženy ( Saha) Poměr intenzit dvou čar mezi hladinami v LTE se řídí převážně T e Mechanismy rozšíření spektrálních čar (vyjma jejich přirozené šířky) Doplerovské rozšíření (rychlostní rozdělení iontů) (nehomogenní), závisí na T i - Gaussovský profil spektra Starkovo rozšíření (vliv elektrického pole) nebo také rozšíření tlakem - srážky s volnými elektrony, závisí na n e, T e - Lorentzovský profil spektra Kombinace obou rozšíření - konvoluce (gauss. lorentz.) - Voigtův profil čáry Hutchinson H. Kunze 2 Více: Hutchinson; H. Kunze: Introduction to Plasma Spectroscopy, Springer 2009; A. Thorne: Spectrophysics, Chapman and Hall Jaroslav Nejdl, (FzÚ AV ČR) LPZ 2014: 6. Plazmový zdroj RTG / 10

6 Optická tloušt ka plazmatu Reabsorpce záření v plazmatu s koeficientem absorpce κ(x, λ). Spektrální radiance: Lambert-Beerův zákon [dl λ (x, λ) = κ(x, λ)l λ (x, λ)dx]. Uvážení emise plazmatu: rovnice radiačního transportu: dl λ (x,λ) dx = j λ (x, λ) κ(x, λ)l λ (x, λ) Definujeme optickou tloušt ku τ(x, λ) = povrchu plazmatu τ(x = 0) = 0 do hloubky x. x 0 κ(x, λ)dx, kde integrujeme od Celková optická hloubka plazmatu velikosti l definuje význam radiačního transportu pro λ. dl λ (x,λ) dτ = L λ (x, λ) j λ(x,λ) κ(x,λ) = L λ (x, λ) S λ (x, λ), kde S značí zdrojovou funkci τ(l,λ) Radiance plazmatu na povrchu pak bude L λ (0, λ) = S λ (τ, λ)e τ dτ Homogenní plazma: L λ (0, λ) = S λ (λ) [ 1 e τ(l,λ)] Opticky tenké plazma: τ(l, λ) 1 dostáváme (pro obecně nehomogenní plazma) L λ (0, λ) l 0 j λ (x, λ)dx Opticky tlusté nehomogenní plazma: τ(l, λ) 1 dostáváme L λ (0, λ) S λ (τ = 1, λ) Jsme schopni pozorovat záření jen do jednotky optické hloubky (fotosféra Slunce) 0 Jaroslav Nejdl, (FzÚ AV ČR) LPZ 2014: 6. Plazmový zdroj RTG / 10

7 Záření absolutně černého tělesa V případě velmi vysoké reabsorpce (např. vysoká elektronová hustota) plazma září jako absolutně černé těleso. Spektrální radiance z povrchu: L λ (0, λ) B λ (T) = 2hc2 λ 5 1 e hc λk BT 1 Optická tloušt ka τ B λ (T) = j λ(λ) κ(λ) (Kirchhofův zákon termálního vyzářování) Wienův posunovací zákon: λ max 1/T ν max T Stefan-Boltzmanův zákon: P = dν dω B 0 polokoule ν cos(θ) σt 4 Saturace spektrální čáry [Hutchinson] [Sun.org] Jaroslav Nejdl, (FzÚ AV ČR) LPZ 2014: 6. Plazmový zdroj RTG / 10

8 Generace horkých elektronů U interakce intenzivních laserových impulzů s látkou lze jen těžko uvažovat termodynamickou rovnováhu. Interakce int. laseru s hustým terčem: generace supratermálních (horkých) elektronů. Často maxwellovské rozdělení rychlostí, přestože jsou urychleny koherentními elektrickými poli (laseru, nebo plazmatu) - náhodné urychlování částic v poli stojaté vlny - fluktuace trajektorií a energií e. Nerelativisticky: Dlouhé impulzy (> 3 ps): T Beg H [ kev] 100(I 17λ µ ) 1/3 TH FKL[ kev] 14(I 16λ µ ) 1/3 Te 1/3 Krátké impulzy (< 3 ps): Brunelův ohřev TH B[ kev] 3.7I 16λ 2 µ z PIC simulací TH GB[ kev] 7(I 16λ µ ) 1/3 Relativisticky: TH W m ec 2 (γ 1), γ (1 + a 2 ) 1/2 (Ponderomotorické škálování) Aplikace: Rychlé zapálení termojaderné fúze (množství rychlých e o vhodné energii prudce ohřeje část implodujícího D-T terče) Ultrarychlá diffraktometrie (struktura látky zkoumaná rozptylem elektronů na její struktuře) Jaroslav Nejdl, (FzÚ AV ČR) LPZ 2014: 6. Plazmový zdroj RTG / 10

9 Transport horkých e do hustého terče Až 20-30% energie laseru transformována do horkých elektronů. Hloubka vniku elektronů: Betheho vzorec nebo tabulky 3. Proud horkých elektronů nutně vyvolá zpětný proud (maximální celkový - Alfvénův proud I Alf [ ka] 17βγ): v horkém plazmatu j h + j c 0 se proudy snadno vykompenzují (vodivost plazmatu - Spitzer: σ e Te 3/2 ) ve studené látce j c j h vznikne el. pole σ e E = j c, které brání dalšímu průniku rychlých elektronů Hustotu horkých elektronů můžeme zapsat 4 : během impulsu ( t n h (z, t) = n Rh ) 2 h0 τ L z+r h, nh0 = 2I2 aτ L 9eT 3 h σ, e R h = 3T2 h σ e I a, kde I a je abs. intenzita. po interakci impulsu L(t) z 2 +L 2 (t) n h (z, t) = 2n h0r h π délka L(t) = 1.78R h [t/τ L 0.618] 3/5., kde charakteristická 3 Více P. Sigmund: Particle radiation and penetration effects, Springer A. Bell et al., Fast-electron transport in high-intensity short-pulse laser solid experiments, Plasma Phys. Control. Fusion 39 p. 653, (1997). Jaroslav Nejdl, (FzÚ AV ČR) LPZ 2014: 6. Plazmový zdroj RTG / 10

10 Generace záření rychlými elektrony Srážkami rychlých elektronů s atomy terče vzniká (obdobně jako u rentgenky): brzdné záření (bremsstrahlung) charakteristické záření srážkovou ionizací vnitřních elektronů: C. Powel, Rev. Mod. Phys. 48, p. 33 (1976); databáze NIST, SpectrW3,... Četnost procesů W = Nn h vσ(v), kde N je hustota atomů, n h je hustota rychlých elektronů, v jejich rychlost a σ účinný průřez reakce. zářivou rekombinací (konkurenční proces: Augerův jev) spektrální čáry K α, K β,..., L α, L β Moseleyho zákon: E Kα (Z 1) 2, E Lα (Z 7.4) 2 Rychlost rekombinace A 21Kα Z 4. Jaroslav Nejdl, (FzÚ AV ČR) LPZ 2014: 6. Plazmový zdroj RTG / 10

1. 1 V Z N I K A V Ý V O J A T O M O V É T E O R I E

1. 1 V Z N I K A V Ý V O J A T O M O V É T E O R I E 1. Atomová fyzika 9 1. 1 V Z N I K A V Ý V O J A T O M O V É T E O R I E V této kapitole se dozvíte: které experimentální skutečnosti si vynutily vznik atomové teorie; o historii vývoje modelů atomů. Budete

Více

28. Základy kvantové fyziky

28. Základy kvantové fyziky 8. Základy kvantové fyziky Kvantová fyzika vysvtluje fyzikální principy mikrosvta. Megasvt svt planet a hvzd Makrosvt svt v našem mítku, pozorovatelný našimi smysly bez jakéhokoli zprostedkování Mikrosvt

Více

1 Přednáška Konstrukční materiály

1 Přednáška Konstrukční materiály 1 Přednáška Konstrukční materiály Stručný obsah přednášky: Základní skupiny konstrukčních materiálů. Vazby v pevných látkách. Vlastnosti materiálů. Krystalová stavba kovů. Millerovy indexy Motivace k přednášce

Více

FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ

FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ Měření zpoždění mezi signály EEG Ondřej Drbal Vedoucí diplomové práce: Doc. Ing. Roman katedra Teorie obvodů rok obhajoby 24 Čmejla, CSc. Zadání diplomové

Více

ČÁST I - Ú V O D. 1. Předmět fyziky 2. Rozdělení fyziky 3. Fyzikální pojmy a veličiny 4. Mezinárodní soustava jednotek - SI

ČÁST I - Ú V O D. 1. Předmět fyziky 2. Rozdělení fyziky 3. Fyzikální pojmy a veličiny 4. Mezinárodní soustava jednotek - SI ČÁST I - Ú V O D 1. Předmět fyziky 2. Rozdělení fyziky 3. Fyzikální pojmy a veličiny 4. Mezinárodní soustava jednotek - SI 2 1 PŘEDMĚT FYZIKY Každá věda - a fyzika bezpochyby vědou je - musí mít definován

Více

Impulsní elektrické výboje ve vodě a jejich využití v ekologii a medicíně aneb kam až sahá čtvrté skupenství hmoty. Pavel Šunka

Impulsní elektrické výboje ve vodě a jejich využití v ekologii a medicíně aneb kam až sahá čtvrté skupenství hmoty. Pavel Šunka Impulsní elektrické výboje ve vodě a jejich využití v ekologii a medicíně aneb kam až sahá čtvrté skupenství hmoty Pavel Šunka Ústav fyziky plazmatu AV ČR E-mail: sunka@ipp.cas.cz Úvod Plazmatem rozumíme

Více

Optické vlastnosti koloidních soustav

Optické vlastnosti koloidních soustav Optické vlastnosti koloidních soustav (fyzikální princip metody měření velikosti částic a zeta potenciálu) Optické vlastnosti koloidních soustav jsou silně závislé zejména na fyzikálních vlastnostech koloidních

Více

Energie a její transformace ALTERNATIVNÍ ENERGIE 1/2002 Ing. Mojmír Vrtek, Ph.D.

Energie a její transformace ALTERNATIVNÍ ENERGIE 1/2002 Ing. Mojmír Vrtek, Ph.D. Energie a její transformace ALTERNATIVNÍ ENERGIE 1/2002 Ing. Mojmír Vrtek, Ph.D. Energie Jakkoli je pojem energie běžně používaný, je definice této veličiny nesnadná. Velice často uváděná definice, že

Více

Základní pojmy termodynamiky

Základní pojmy termodynamiky Kapitola 1 Základní pojmy termodynamiky 1.1 Úvod Moderní přírodní vědy a fyzika jsou postaveny na experimentu a pozorování. Poznávání zákonitostí neživé přírody je založeno na indukční vědecké metodě Francise

Více

TEORIE BOUŘEK Petr Skřehot Meteorologická Operativní Rada

TEORIE BOUŘEK Petr Skřehot Meteorologická Operativní Rada Stručné základy TEORIE BOUŘEK Petr Skřehot Meteorologická Operativní Rada OBSAH 1 BOUŘKA... 3 1.1 DEFINICE BOUŘKY... 3 1.2 DĚLENÍ BOUŘEK... 3 2 BOUŘKOVÉ OBLAKY... 4 2.1 VNĚJŠÍ PODMÍNKY VZNIKU OBLAKŮ...

Více

EFEKTIVNÍ TERMOMECHANICKÉ VLASTNOSTI ZDIVA

EFEKTIVNÍ TERMOMECHANICKÉ VLASTNOSTI ZDIVA EFEKTIVNÍ TERMOMECHANICKÉ VLASTNOSTI ZDIVA Vypracoval: Vedoucí diplomové práce: Prof. Ing. Jiří Šejnoha, DrSc. Datum: 20. 12. 2005 PODĚKOVÁNÍ Na tomto místě bych rád poděkoval všem, kteří se zasloužili

Více

G E N E Z E P R V K Ů

G E N E Z E P R V K Ů G E N E Z E P R V K Ů Jaromír Plešek, Ústav anorganické chemie AV-ČR, 250 68 Řež plesek@iic.cas.cz ÚVOD PRVKY, ATOMY, ISOTOPY, NUKLIDY - DEFINICE - BOHRŮV MODEL ATOMU - MENDĚLEJEVOVA TABULKA PRVKŮ KDY

Více

ČÁST IX - M A K R O S K O P I C K É S Y S T É M Y

ČÁST IX - M A K R O S K O P I C K É S Y S T É M Y ČÁST IX - M A K R O S K O P I C K É S Y S T É M Y 38 Struktura makroskopických systémů 39 Mechanické vlastnosti 40 Tepelné vlastnosti 41 Elektrické vlastnosti 42 Magnetické vlastnosti 43 Termoelektrické

Více

Klimatické změny a jejich dopady na život lidí

Klimatické změny a jejich dopady na život lidí Klimatické změny a jejich dopady na život lidí Studijní opora k akci v rámci projektu CZ.1.07/1.3.05/03.0030 Název projektu: Zeměpis v nové perspektivě aneb tudy cesta vede Celkový počet stran: 40 Autor:

Více

Open Access Repository eprint

Open Access Repository eprint Open Access Repository eprint Terms and Conditions: Users may access, download, store, search and print a hard copy of the article. Copying must be limited to making a single printed copy or electronic

Více

Chem. Listy 106, 802 808 (2012) ppm. (c)

Chem. Listy 106, 802 808 (2012) ppm. (c) Chem. Listy 16, 82 88 (212) VÍCE-KVNTOVÁ NMR SPEKTROSKOPIE PEVNÉHO STVU: ZPŮSOB, JK N- HLÉDNOUT DO STRUKTURY NORGNICKÝCH MTERIÁLŮ LIBOR KOBER, MRTIN URBNOVÁ a JIŘÍ BRUS Ústav makromolekulární chemie V

Více

The Brave may not live forever but the cautious do not live at all!

The Brave may not live forever but the cautious do not live at all! The Brave may not live forever but the cautious do not live at all! Z knihy Byznys v plné nahotě od Richarda Bransona Úvodem bych chtěl poděkovat svému školiteli docentu Antonínu Blahovi za jeho podněty

Více

Obnovitelné zdroje energie

Obnovitelné zdroje energie Energetická agentura Zlínského kraje, o.p.s. Obnovitelné zdroje energie Ing. Jaroslav Chlubný Ing. Jaroslav Lednický Ing. Radek Sedlačík Mgr. Lenka Slezáčková V rámci projektu Energetická efektivita v

Více

Elektrické vlastnosti. Základní pojmy Elektrická vodivost Elektrostatické chování polymerů

Elektrické vlastnosti. Základní pojmy Elektrická vodivost Elektrostatické chování polymerů Elektrické vlastnosti Základní pojmy Elektrická vodivost Elektrostatické chování polymerů Typy materiálů Látky umístěné v elektrickém poli: transport elektricky nabitých částic, tj. vzniká elektrický proud

Více

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenovo záření. Vznik rentgenova záření. Metody využívající RTG záření

Metody využívající rentgenové záření. Rentgenovo záření. Vznik rentgenova záření. Metody využívající RTG záření Metody využívající rentgenové záření Rentgenovo záření Rentgenografie, RTG prášková difrakce 1 2 Rentgenovo záření Vznik rentgenova záření X-Ray Elektromagnetické záření Ionizující záření 10 nm 1 pm Využívá

Více

Sbírka řešených příkladů do semináře fyziky 2

Sbírka řešených příkladů do semináře fyziky 2 Svět práce v každodenním životě Sbírka řešených příkladů do semináře fyziky G Gymnázium Hranice Svět práce v každodenním životě Mechanické kmitání a vlnění Kinematika G Gymnázium Hranice. Hmotný bod koná

Více

CSc. FOT 2010 jerabek@fel.cvut

CSc. FOT 2010 jerabek@fel.cvut Optické přenosové součástky stky a systémy Ing.Vítězslav Jeřábek, CSc FOT 2010 jerabek@fel.cvut cvut.czcz Principy přenosu p optické informace Obecné blokové schéma optického spoje lit. [ 1 ] Principy

Více

Vznik života na Zemi

Vznik života na Zemi Gymnázium Tachov, seminář 28. června 2002 Vznik života na Zemi Jiří Svršek 1 c 2002 Intellectronics Abstract Vznik života na Zemi bezesporu patří k největším záhadám přírodních věd. Současné teorie vyvolávají

Více

Fyzikální korespondenční seminář XXVII. ročník 2013/14

Fyzikální korespondenční seminář XXVII. ročník 2013/14 Aleš Flandera a kolektiv Fyzikální korespondenční seminář XXVII. ročník 2013/14 Copyright Aleš Flandera, 2014 Copyright MATFYZPRESS, vydavatelství Matematicko-fyzikální fakulty Univerzity Karlovy v Praze,

Více

Klimatické změny: fakta bez mýtů. Ladislav Metelka Radim Tolasz

Klimatické změny: fakta bez mýtů. Ladislav Metelka Radim Tolasz Klimatické změny: fakta bez mýtů Ladislav Metelka Radim Tolasz Klimatické změny: fakta bez mýtů Ladislav Metelka Radim Tolasz Klimatické změny: fakta bez mýtů Tato kniha byla vydána díky laskavé podpoře

Více

Hydrobiologie přednáška 2

Hydrobiologie přednáška 2 Hydrobiologie přednáška 2 Abiotické podmínky fyzikální vlastnosti ovlilvňující života ve vodě VODA Za normální teploty a tlaku je to bezbarvá, čirá kapalina bez zápachu, v silnější vrstvě namodralá. V

Více

Zdroj 5 kv / 4 ma řízený procesorem

Zdroj 5 kv / 4 ma řízený procesorem Bakalářská práce České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická Katedra mikroelektroniky Zdroj 5 kv / 4 ma řízený procesorem Ladislav Havlát 4 Vedoucí práce: Ing. Lubor Jirásek, CSc. České

Více

OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE. učební text

OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE. učební text OBNOVITELNÉ ZDROJE ENERGIE učební text Sestavil kolektiv autorů při ISŠ Cheb Vytvořeno v rámci grantového projektu Učíme správně technické obory Obsah Obnovitelný zdroj energie... 4 Vyuţití obnovitelných

Více

13 Vznik elektrického proudu

13 Vznik elektrického proudu 13 Vznik elektrického proudu Historické poznámky 1. polovina 19. století: žeň objevů v oblasti elektromagnetismu Luigi Galvani (1737 1798): italský lékař a fyzik; průkopník moderního porodnictví; objevil,

Více