Aplikace metody hraničních prvků při výpočtu elektrického pole radiofrekvenční iontové pasti

• Název práce v češtině: Aplikace metody hraničních prvků při výpočtu elektrického pole radiofrekvenční iontové pasti
• Název v anglickém jazyce: Application of boundary element method for calculation of electric field in a radiofrequency ion trap
• Klíčová slova: BEM, FEM, rf iontová past
• Klíčová slova anglicky: BEM, FEM, rf ion trap
• Akademický rok vypsání: 2017/2018
• Typ práce: bakalářská práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Katedra fyziky povrchů a plazmatu (32-KFPP)
• Vedoucí / školitel: doc. RNDr. Štěpán Roučka, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 26.10.2017
• Datum zadání: 03.01.2018
• Datum potvrzení stud. oddělením: 25.01.2018
• Datum a čas obhajoby: 26.06.2018 09:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 18.05.2018
• Datum odevzdání tištěné podoby: 17.05.2018
• Datum proběhlé obhajoby: 26.06.2018
• Oponenti: RNDr. Jakub Hromádka, Ph.D.

Zásady pro vypracování

1) Rešerše metod pro výpočet elektrostatického pole a seznámení se s principy radiofrekvenčních pastí. 
2) Implementace výpočtu elektrického pole v iontové pasti metodou konečných prvků a metodou hraničních prvků s využitím knihovny BEM++. 
3) Porovnání přesnosti, rychlosti a paměťové náročnosti výpočtu obou metod. 
4) Výpočet efektivního potenciálu pasti a simulace pohybu částic v pasti.

Seznam odborné literatury

D. Gerlich, “Inhomogeneous Electrical Radio Frequency Fields: A Versatile Tool for the Study of Processes with Slow Ions”, Adv. Chem. Phys. Ser., LXXXII, J. Wiley & Sons (1992). 
P. L. DeVries, “A First Course in Computational Physics”, J. Wiley & Sons (1994). 
W. Śmigaj, S. Arridge, T. Betcke, J. Phillips, M. Schweiger, “Solving Boundary Integral Problems with BEM++”, ACM Trans. Math. Software 41, pp. 6:1–6:40 (2015). 
Publikace v odborných časopisech a další literatura po dohodě s vedoucím.

Předběžná náplň práce

Na katedře fyziky povrchů a plazmatu je radiofrekvenční iontová past využívána ke studiu iont-molekulových reakcí za nízkých teplot. Při nízkých teplotách je energie tepelného pohybu částic v řádu milielektronvoltů a pro pochopení pohybu částic je tedy nutné znát i elektrický potenciál s přesností zlomku mV (relativní přesnost řádu 10-5). Provést takový výpočet běžně používanou metodou konečných prvků (FEM) je v případě složitějších geometrií (např. drátěná past) značně výpočetně náročné. Jako vhodná cesta pro významné urychlení a zpřesnění výpočtu se jeví využití metody hraničních prvků (boundary element method, BEM). Cílem práce bude aplikace metody BEM na výpočet pole radiofrekvenční pasti a porovnání její efektivity s metodou FEM.