Diagnostics in Space Plasmas - NEVF173

• Title: Měřící metody v kosmickém plazmatu
• Guaranteed by: Department of Surface and Plasma Science (32-KFPP)
• Faculty: Faculty of Mathematics and Physics
• Actual: from 2020
• Semester: winter
• E-Credits: 5
• Hours per week, examination: winter s.:2/1, C+Ex [HT]
• Capacity: unlimited
• Min. number of students: unlimited
• 4EU+: no
• Virtual mobility / capacity: no
• State of the course: taught
• Language: Czech, English
• Teaching methods: full-time
• Teaching methods: full-time
• Additional information: https://physics.mff.cuni.cz/kfpp/rozvrh.html
• Guarantor: doc. RNDr. Lubomír Přech, Dr.; prof. RNDr. Ondřej Santolík, Dr.

Annotation

Last update: doc. RNDr. Jiří Pavlů, Ph.D. (01.06.2020)

Diagnostika nízkoteplotního plazmatu v kosmu, měření parametrů toku a rozdělovacích funkcí elektronů, iontů a neutrálních částic, detektory částic. Měření elektrických a magnetických polí. Přehled pozemních měření vč. detekce bleskové aktivity. Aktivní experimenty v kosmu. Výpočet parametrů plazmatu z měřitelných Veličin. Problémy vzájemné kalibrace.

Course completion requirements

Last update: doc. RNDr. Jiří Pavlů, Ph.D. (01.06.2020)

Získání zápočtu je podmínkou pro konání zkoušky. Podmínkou udělení zápočtu je aktivní účast na cvičení s vypracováním dvou stručných zpráv o zpracovávaných datech. Charakter zápočtu neumožňuje jeho opakování.

Podmínkou zakončení předmětu je úspěšné složení zkoušky, tj. hodnocení zkoušky známkou "výborně", "velmi dobře" nebo "dobře". Zkouška musí být složena v období předepsaném harmonogramem akademického roku, ve kterém student předmět zapsal.

Literature

Last update: doc. RNDr. Jiří Pavlů, Ph.D. (07.02.2019)

Pfaff R.F., Borovsky J.E., Young D.T. (Eds.), Measurement techniques in space plasmas - particles, Geophysical Monograph 102, AGU, Washington 1998.

Pfaff R.F., Borovsky J.E., Young D.T. (Eds.), Measurement techniques in space plasmas - fields, Geophysical Monograph 103, AGU, Washington 1998.

Russell C.T. (Ed.), The STEREO mission, Springer, 2008.

Volland H. (Ed.), Handbook of Atmospheric Electrodynamics, Vol. I, CRC Press, 1995.

Teaching methods

Last update: doc. RNDr. Štěpán Roučka, Ph.D. (06.10.2020)

Výuka v ZS 2020 probíhá formou on-line přednášek. Více informací viz https://physics.mff.cuni.cz/kfpp/rozvrh.html

Requirements to the exam

Last update: doc. RNDr. Jiří Pavlů, Ph.D. (01.06.2020)

Zkouška je ústní a student dostává typicky 2 dílčí otázky a má 30 min. na přípravu (další doplňující otázky v průběhu zkoušky nejsou vyloučeny). Požadavky u zkoušky odpovídají sylabu předmětu v rozsahu, který byl prezentován na přednáškách.

Syllabus

Last update: doc. RNDr. Jiří Pavlů, Ph.D. (01.06.2020)

Klasifikace měřících metod - in-situ a vzdálená měření, pozemní a družicová měření, sondové rakety, letecká a balónová měření.

0. Úvod do přístrojové elektroniky
Zesilovač, frekvenční a fázová charakteristika. Úprava frekvenčního spektra (filtrace). Vzorkovací teorém, Nyquistova frekvence, antialiasing a rekonstrukční filtr. Analogově-digitální a digitálně analogový převod.

1. Diagnostika nízkoteplotního plazmatu
Langmuirovy sondy, analyzátory s brzdným polem (RPA).

2. Měření energetické a rychlostní rozdělovací funkce nabitých částic
Detektory částic (měření proudu, kanálotrony a mikrokanálkové destičky, polovodičové detektory). Elektrostatické analyzátory, techniky měření 2D a 3D rychlostní rozdělovací funkce. Měření pitch-úhlového rozdělení. Kalibrace částicových detektorů. Vliv potenciálu družice a kosmické radiace na měření.

3. Analyzátory iontů s hmotovým rozlišením
Separace magnetickým polem, radiofrekvenční a time-of-flight techniky.

4. Měření neutrálních částic
Analyzátory neutrálních částic, zobrazování pomocí neutrálních částic.

5. Měření spekter energetických částic, dozimetrie
Registrace částic vysokých energií a záření rtg/gama. Scintilátory a pevnolátkové detektory.

6. Měření elektrických a magnetických polí
Měření stejnosměrných a střídavých polí v širokém oboru frekvencí. Potenciál družice. Vliv fotoproudu.Skalární a vektorové měření magnetického pole, měření stejnosměrného a střídavého magnetického pole (flux-gate a search-coil magnetometry). Měření elektrických a magnetických polí pomocí elektronového driftu. Stanovení parametrů vln v plazmatu, analýza na palubě družice. Vlnově-částicové interakce, částicové korelátory.

7. Detekce prachu v kosmickém prostoru
Prach ve sluneční soustavě, historie detekce prachových zrn, specializované prachové detektory, alternativní způsoby detekce prachu (Faradayovy válce, elektrické antény).

8. Aktivní experimenty
Aktivní experimenty v kosmickém plazmatu a metody používané pro jejich realizaci. Interakce plazmatu se svazky částic, změny potenciálu objektu.

9. Pozemní měření
Měření elektromagnetických signálů souvisejících s bouřkovou aktivitou, metody detekce bleskových výbojů a nadoblačných bouřkových jevů, optické měřící techniky (kamery a fotometry). Měření elektrických a geomagnetických polí, geomagnetické indexy. Ionosférické sondování (digisonda, nekoherentní rozptyl). Globální navigační družicový systém v měření ionosféry (TEC).

10. Výpočet parametrů plazmatu z měřitelných veličin
Stanovení orientace a parametrů diskontinuit. Vícebodová měření. Vzájemná kalibrace mezi přístroji a družicemi.