Structure of the inner magnetosphere and related processes. Dust interaction with elemtary particles – introduction
to dusty (or complex) plasmas (impacts and applications).
The course is assigned to postgraduate students and it is held as one-week intensive lectures in academic years
"even/odd," only.
Last update: T_KEVF (11.05.2012)
Struktura vnitřní magnetosféry a procesy v ní probíhající. Problematika interakce prachu s elementárními částicemi
– seznámení se s komplexním (prachovým) plazmatem, jeho významem a aplikacemi.
Určeno pro doktorandské studium. Kurz se koná v letním semestru v akademických rocích "sudý/lichý" jako
turnusový (během jednoho týdne).
Course completion requirements - Czech
Last update: prof. RNDr. František Němec, Ph.D. (06.10.2017)
Zápočet je podmíněn docházkou. Povaha kontroly studia předmětu vylučuje opakování této kontroly.
Literature -
Last update: T_KEVF (11.05.2012)
1. Baumjohann W., Treumann R. A.: Basic Space Plasma Physics, Imperial College Press, London, 1997.
2. Bonitz M., Horing N., Ludwig P.: Introduction to Complex Plasmas, Springer 2010.
3. Chen F. F.: Úvod do fyziky plazmatu, Academia Praha 1984.
4. Kivelson M. G., Russell C. T.: Introduction to Space Physics, Cambridge University Press, Cambridge, 1995.
5. Parks G. K.: Physics of Space Plasmas: An Introduction, Westview Press, Boulder, Colorado, 2004.
6. Piel A.: Plasma Physics, Springer 2010.
Last update: T_KEVF (11.05.2012)
1. Baumjohann W., Treumann R. A.: Basic Space Plasma Physics, Imperial College Press, London, 1997.
2. Bonitz M., Horing N., Ludwig P.: Introduction to Complex Plasmas, Springer 2010.
3. Chen F. F.: Úvod do fyziky plazmatu, Academia Praha 1984.
4. Kivelson M. G., Russell C. T.: Introduction to Space Physics, Cambridge University Press, Cambridge, 1995.
5. Parks G. K.: Physics of Space Plasmas: An Introduction, Westview Press, Boulder, Colorado, 2004.
6. Piel A.: Plasma Physics, Springer 2010.
Syllabus -
Last update: T_KEVF (11.05.2012)
1. Inner magnetosphere
1.1 Overview of the inner magnetosphere
Individual regions forming the inner magnetosphere. Dipole magnetic field and coordinate systems.
1.2. Radiation belts and ring current
History, discovery of radiation belts. Particle drifts in planetary magnetic field, adiabatic invariants, loss cone. Inner and outer radiation belt, South Atlantic Anomaly. Radial diffusion, pitch angle scattering, wave-particle interactions.
1.3 Plasmasphere
History, discovery of the plasmasphere. Reasons of its formation, plasmapause, stormtime changes. Means of observation, experimental results and models. Structure and dynamics at smaller scales.
1.4 Ionosphere
Photoionization, Chapman production function, impact ionization, recombination. Ionospheric layers, collision frequencies, conductivity and ionospheric currents. Ionosondes, radio occultation methods. Planetary ionospheres.
2. Dust and plasma
2.1 Dust interaction with elementary particles and plasma
Emissions properties of small objects - overview of dust charging processes. Surface potential of dust grain. Grain formation, clustering, destruction processes. Forces on particles in complex plasmas. Methods of emission observations from dust (particle traps, trapping within plasma). Dust in magnetized complex plasmas (tokamaks).
2.2 Complex (dusty) plasmas
Definition of dusty plasmas and dust in the plasma. Waves and instabilities in complex plasmas. Plasma crystals. Survey of experimental observations (e.g., in rf and dc discharges, microgravity experiments).
2.3 Dust in space
Dust in space (planetary rings, comets, interplanetary and interstellar dust). Micrometeorites and dust in the upper mesosphere - noctilucent clouds (NLC), polar mesospheric summer/winter echoes (PMSE/PMWE). Survey of spacecraft observations.
Last update: T_KEVF (11.05.2012)
1. Vnitřní magnetosféra
1.1 Celkový přehled vnitřní magnetosféry
Jednotlivé regiony formující vnitřní magnetosféru. Dipólové magnetické pole a souřadné systémy.
1.2 Radiační pásy a kruhový proud
Historie, objev radiačních pásů. Pohyb částic v planetárním magnetickém poli, adiabatické invarianty, ztrátový kužel. Vnitřní a vnější radiační pás, jihoatlantická anomálie. Radiální difuze, rozptyl v pitch úhlu, vlnově-částicové interakce.
1.3 Plazmasféra
Historie, objev plazmasféry. Příčiny jejího formování, plazmapauza, efekt geomagnetických bouřek. Způsoby pozorování, experimentální výsledky a modely. Struktura a dynamika na menších škálách.
1.4 Ionosféra
Fotoionizace, Chapmanova produkční funkce, ionizace nárazem, rekombinace. Ionosférické vrstvy, srážkové frequence, vodivost a ionosférické proudy. Ionosondy, metody radiové okultace. Ionosféry jiných planet.
2. Prach a plazma
2.1 Interakce prachu s elementárními částicemi a s plazmatem
Emisní vlastnosti malých objektů - rozbor jednotlivých procesů vedoucích k nabíjení prachových částic. Povrchový potenciál zrna. Formování prachových částic, jejich zánik. Síly působící na prachové částice. Způsoby zkoumání emisních vlastností (pasti pro izolované částice, zachycení v plazmatu). Prach v tokamacích a fúzních reaktorech.
2.2 Prachové (komplexní) plazma
Definice prachového plazmatu a prachu v plazmatu. Vlny a nestability v prachovém (komplexním) plazmatu. Plazmové krystaly. Přehled experimentů.
2.3 Prach ve vesmíru
Prach v kosmickém prostředí (planetární prstence, komety, meziplanetární a mezihvězdný prostor). Mikrometeority a prach v mezosféře - zářivá oblaka (NLC), odezvy mezosféry polárního léta/zimy (PMSE/PMWE). Přehled družicových experimentů.
