BAKALÁRSKA PRÁCA
Samuel Kočiščák
Ná h de ek o a UV žia enia p e
aplikáciu na d užici slnečnom e e
Ka ed a yziky po chů a plazma u
Vedúci bakalá skej p áce: doc. RND . Jiří Pa lů, Ph.D.
Š udijný p og am: Fyzika
Š udijný odbo : Obecná yzika
P aha 2019
P ohlašuji, že jsem u o bakalářskou p áci yp aco al(a) samos a ně a ýh adně
s použi ím ci o aných p amenů, li e a u y a dalších odbo ných zd ojů.
Be u na ědomí, že se na moji p áci z ahují p á a a po innos i yplý ající ze
zákona č. 121/2000 Sb., au o ského zákona pla ném znění, zejména sku ečnos ,
že Uni e zi a Ka lo a má p á o na uza ření licenční smlou y o uži í é o p áce
jako školního díla podle §60 ods . 1 au o ského zákona.
V ........ dne ............ Podpis au o a
i
Au o ďakuje kolegom a p ia eľom za nespoče cenných ád a pezli ú pomoc
počas celej p áce, meno i e p edo še kým edúcemu p áce, pánu doc. Pa lů, za
še ko od ýkladu eó ie až po pomoc labo a ó iu. Ďalej pani p o . Ša ánko ej,
pánu p o . Němečko y a pánu doc. Přecho i za poče né konzul ácie yuži ia nado-
budnu ých pozna ko a hľad do súčasných kozmických expe imen o a budúcich
misií, pánu D . Nouzáko i a pánu Ba oňo i za zdieľanie skúsenos í a cennú po-
moc p edo še kým ale nie len echnickej po ahy. Ďalej au o ďakuje pánu Hejdo i
za pomoc p i konš ukcii expe imen u, p aco níkom Skupiny kozmickej yziky za
echnické podklady, p aco níkom Skupiny enkých s ie za pomoc s p íp a ou
expe imen u a p aco níkom Skupiny ákuo ej yziky za zapožičanie expe imen-
álneho yba enia.
Au o neposlednom ade ďakuje si o i Fcanciso i Bacono i za o muláciu
induk í nej me ódy a Jameso i A.R. Samsono i, k o ého súh nné dielo oblas i
yziky s e la do eľkej mie y au o o i pomohlo získať po ebný p ehľad.
ii
Názo p áce: Ná h de ek o a UV žia enia p e aplikáciu na d užici slnečnom
e e
Au o : Samuel Kočiščák
Ka ed a: Ka ed a yziky po chů a plazma u
Vedúci bakalá skej p áce: doc. RND . Jiří Pa lů, Ph.D., Ka ed a yziky po chů
a plazma u
Abs ak : Mnoho ci li ých d užico ých me aní je o ply nených UV žia ením y-
olá ajúcim o oemisiu na ci li ých elek onických komponen och. In o mácia o
UV os i e d užice je p e o p e mnoho expe imen o cenná. Špeciálne uži očná
je ýchla in o mácia, k o á umožní zis iť p udké zmeny UV os i u na časo ých
škálach k a ších ako 1s.
Cieľom p áce bolo zos a iť a o es o ať unkčnosť p ís oja schopného kon inu-
álne me ať UV os i d užice, ungujúceho p á e na p incípe o oemisie z ko o ej
ka ódy. Poda ilo sa nám úspešne demonš o ať unkčnosť p o o ypu a u čiť nie-
k o é z jeho kľúčo ých cha ak e is ík, ok em iného aj jeho ácnosť kozmickom
p os edí.
Kľúčo é slo á: VUV, Fa adayo alec, UV de ek o , UV p iepus nosť, slnečný
ie o
Ti le: De elopmen o UV De ec o o Space Applica ions
Au ho : Samuel Kočiščák
Depa men : Depa men o Su ace and Plasma Science
Supe iso : doc. RND . Jiří Pa lů, Ph.D., Depa men o Su ace and Plasma
Science
Abs ac : I is no unusual ha space measu emen is in luenced by UV i adia-
ion causing pho oemission on delica e elec onic componen s. The e o e in o ma-
ion on UV i adiance is e y use ul. Pa icula ly use ul is non-delayed, immedia e
quan i a i e in o ma ion (on a ime scales o seconds) iden i ying unexpec ed a-
ia ion in he i adiance o such elec onic pa s.
The goal was o cons uc a p o o ype, measu e basic p ope ies and discuss ca-
pabili ies o a de ec o capable o con inuous measu emen o UV i adiance o
a spacec a , wo king on he p inciple o pho oemission alone. We ha e success-
ully shown he capabili ies o a p o o ype and es ablished some o i s key basic
p ope ies, e.g. hei s abili y in cosmic en i onmen .
Keywo ds: VUV, Fa aday cup, UV de ec o , UV ansmi ance, sola wind
iii
Obsah
1 Ú od 2
1.1 Mo i ácia ............................... 2
1.2 Spek um slnečného s e la . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2.1 Lymanal a .......................... 4
1.3 Súčasné me ódy me ania UV kozmickom p os edí . . . . . . . . 4
1.3.1 Fo og a ické u čenie spek álnej hus o y . . . . . . . . . . 4
1.3.2 Plyno é abso pčné komo y . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4 P incíp na ho aného de ek o a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4.1 Fo oka ódy .......................... 6
1.4.2 VUV p iehľadné ma e iály . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4.3 Fo oemisný UV de ek o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 Ciele p áce 9
3 Labo a ó ne me ania 10
3.1 Konš ukcia p o o ypu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
3.1.1 Okno.............................. 10
3.1.2 Kolek o ............................ 11
3.1.3 Telo .............................. 11
3.2 Apa a ú a a uspo iadanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2.1 Komponen y apa a ú y . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3.2.2 P iepus nosť okna – expe iman álne uspo iadanie . . . . . 13
3.2.3 Me anie uhlo ej zá islos i ci li os i – expe imen álne uspo-
iadanie ............................ 14
3.2.4 Simulácia s a nu ia – expe imen álne uspo iadanie . . . . . 15
3.3 Výsledkyme ania........................... 16
3.3.1 P iepus nosť okna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.3.2 Me anie uhlo ej zá islos i ci li os i . . . . . . . . . . . . . 18
3.3.3 Simulácia s a nu ia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4 Diskusia ýsledko a yuži ie 20
4.1 Ly-α.................................. 20
4.2 S a nu ie a odolnosť . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.3 Možné ďalšie pok ačo anie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
4.4 Využi ie ................................ 21
5 Zá e 22
Zoznam použi ej li e a ú y 23
Zoznam ob ázko 25
1
1. Ú od
1.1 Mo i ácia
D užico é me ania môžu byť o ply nené os i om slnečným žia ením. Ok em
zja ného ply u na eplo u d užice, ci li é elek ické me ania (an ény, Fa aday-
o e alce, kanáliko é nasobiče...) môžu byť zásadne o ply nené o oelek ickými
účinkami s e la. Špeciálne, p oblémy spôsobuje p edo še kým UV žia enie, keďže
o je dosť ene ge ické na o, aby s eľkou p a depodobnosťou y olalo o oemisiu
a o yply nilo ak ci li é elek ické me ania. De eko ať p i om en o ply p iamo
zasiahnu ým p ís ojom bý a ob iažne, nap íklad zmena po enciálu okolia d u-
žice sa mnohých p ípadoch p eja í p esne ak, ako os i UV žia ením. Mnoho
p ís ojo je schopných kalib ácie na UV žia enie (pozadie), ale nie za súčasného
ungo ania.
Dob ým p íkladom je expe imen KFPP MFF UK pod náz om BMSW –
B igh Moni o o Sola Wind ungujúci na p incípe niekoľkých Fa adayo ych al-
co . Ten o je p iamym os i om slnečným žia ením značne o ply nený, ale hod-
nou kombináciou po enciálo na selekčných m iežkach použi ých alco možno
zis iť okamži ú hodno u o op údu, no je p e o nu né pozas a iť iadne me anie.
P e p esnejší popis kalib ačnej p ocedú y iď Ša ánko á a kol. (2013). P oblema-
ický p e o nie je samo ný os i (jeho hodno u je možné p a idelných in e aloch
u čiť), ale jeho ýchle zmeny (spôsobené nap íklad slnečnými udalosťami), k o é
nedokáže samo ný p ís oj sp á ne iden i iko ať.
De ek o , o k o ého konš ukciu sa usilujeme, by mal byť schopný de eko ať
p udké zmeny UV os i u, k o é expe imen álne me acie p ís oje nedokážu odlíšiť
od sku očne zaujíma ej zmeny udalos i okoli om p os edí.
Ob . 1.1: Pa ame e slnečného e a me ané expe imen om BMSW, ukážka dá
p e za á z MFF & SRI o RAoS (2013)
2
P i me aní p údu čas íc z iného zd oja, než je Slnko (menšie elesá: Mesiac,
komé a...) môže byť UV os i eš e o eľa a iabilnejší, keďže po chy elies sa
na áčajú k Slnku a od Slnka pome ne ýchlo, obežné ýchlos i sú ysoké a os i
na za ienenej s ane ých o elies klesá až k nule.
1.2 Spek um slnečného s e la
Slnečné spek um je eľmi zloži é, spoji é s niekoľkými ý aznými čia ami
a pok ý a oblasť od FIR (ďaleké in ače ené, a in a ed, lno é dĺžky 10µm
až 1mm) až po VUV (ďaleké ul a ialo é s e lo, acuum ul a iole ,ex eme ul-
a iole , lno é dĺžky 50 nm až 200 nm). Jeho spek um p ipomína spek um
yža o ania absolú ne če neho elesa p i eplo e zh uba 5800K. P ibližný a
slnečného spek a ukazuje ob ázok 1.2.
Ob . 1.2: Spek álna hus o a slnečného žia enia, p e za é z Wikipedia: Sola
spec um
V UV zložke slnečného žia enia sa spek um odlišuje od žia enia čie neho
elesa ý azne, najmä k ôli iedkemu čia o ému spek u Slnku p e ládajúcich
ľahkých p ko . U čenie spek álneho zloženia UV zložky slnečného s e la nie
je jednoduché, keďže VUV je šeobecne eľmi dob e lmené sklom aj plynmi.
P epúšťané je oblas i medzi idi eľným s e lom a 100nm niek o ými luo idmi
(Samson, 1967, s . 180–184).
Ďalšou komplikáciou je p emenli osť slnečného spek a, hoc sa slnečné spek-
um mení počas oka a slnečného cyklu o idi eľnej oblas i iba ne ý azne, o
VUV oblas i značne (De wile , C. R. and o he s, 1958), čo je idieť nap íklad na
a iácii polohy magne opauzy, k o á sa s množs om dopadajúceho žia enia mení
až o polome Zeme (Nemecek a kol., 2016).
3
1.2.1 Lyman al a
Ionizačná ene gia elaxo aného a ómu odíka 1H je 1Ry;1Ry ≈13.6eV, čo
ene ge icky zodpo edá o ónu lno ej dĺžky 91.2nm. P e osamo ený odíko ý
a óm pla í jednoduché Rydbe go o p a idlo, k o é ho o í, že na p echod z n-
ej na m- ú ene ge ickú hladinu (s kon enciou, že elaxo aný odíko ý a óm má
jeden elek ón na hladine 1) je po ebné dodať a ómu ene giu
E=(1
n2−1
m2)Ry, (1.1)
kde ak za ndos adíme hodno u 1, ak Esú diské ne hodno y zodpo edajúce
(m−1)-ým čia am Lymano ej sé ie.
Lymano a sé ia, pomeno aná po Theodo eo i Lymano i, k o ý ju popísal oku
1906, je eda sé ia čia zodpo edajúcich p echodom elek ónu obale odíka me-
dzi hladinami 1am,m≥2. Tie o p echody indexujeme G éckymi písmenami
podľa as úcej ene gie pos upne Ly-α, Ly-β, Ly-γ, ..., Ly-∞, p ičom Ly-∞, p i-
odzene, zodpo edá ionizačnej ene gii elaxo aného osamo eného a ómu odíka.
Celá Lymano a sé ia leží oblas i VUV žia enia.
P echody medzi hladinami 2am,m≥3zodpo edajú čia am z . Balme o ej
sé ie, p echody medzi hladinami 3am,m≥4 z . Pascheno ej sé ii. Balme o a
sé ia je eľmi ýznamná, keďže leží oblas i idi eľného s e la.
Veľký ýznam má p á e Ly-α(p echod medzi hladinou 1a2), ako eľmi
osamo ená čia a, p á čia a za Balme o ou sé iou. Vlno á dĺžka Ly-αje 121.5nm
a p islúcha jej ene gia 10.2eV.
1.3 Súčasné me ódy me ania UV kozmickom
p os edí
1.3.1 Fo og a ické u čenie spek álnej hus o y
Fo og a ické u čenie spek álnej hus o y yža o ania je pome ne s a á me óda,
aplikáciám ej o me ódy aj na VUV žia enie sa enujú nap íklad Kenne h Mees
(1931), De wile , C. R. and o he s (1958) a Samson (1967, s . 180–184). Hoc na
p iebežné u čo anie ak uálnej spek álnej hus o y sú o og a ické pla ne p ak icky
nepouži eľné, súh nné ýsledky ej o me ódy sú zaujíma é. V g a e na ob ázku
1.3 idno spek um name ané ou o me ódou 19. ap íla 1960 o ýške p ibližne
200km nad zemským po chom.
4
Ob . 1.3: Spek álna hus o a slenčného žia enia o VUV oblas i spek a, p e za é
z De wile , C. R. and o he s (1958)
1.3.2 Plyno é abso pčné komo y
Plyno é abso pčné komo y ungujú na p incípe ladi eľnej p iehľadnos i ko-
mo y naplnenej z iedeným plynom (p e Ly-αme ania odíkom, inak ypicky aj
héliom), cez k o ú o oci licý p ok (nap . kanáliko ý o onásobič) pozo uje p e-
nikajúce s e lo. Komo a má s upné a ýs upné okienko z UV-p iehľadného ma-
e iálu ( hodného luo idu) a p iehľadnosť plynu nej je ladená buď zmenou laku
plynu ( ypicky hélio é komo y) alebo zmenou ú o ne disociácie plynu ( odíko é
komo y).
Za iaľ čo molekuly H2sú p e Ly-αúplne p ies i né, a omá ny odík s e lo
ej o lno ej dĺžky eľmi e ek í ne ozp yľuje, následkom čoho sa s e lo nedos ane
do o onásobiča. Ú o eň disociácie je za nízko eplo ných podmienok a p i nízkom
laku e ek í ne nulo á, z ýšiť ju možno yh ie aním loženého odpo o ého (wol-
ámo ého) lákna. Molekula H2dopadu šia na odpo o é lákno je disocio aná
na a ómy, k o é po čase ekombinujú na molekulu H2.
Plyno é abso pčné komo y boli mnohok á úspešne použi é aj na me anie
ú o ne Ly-α okolí Zeme (PROGNOZ 5 a 6 — p e popis expe imen u a p esnejší
popis použi ých komô iď Be aux, J. L. and o he s (1985)).
Keďže zmenou ú o ne dopple o ského posunu spôsobeného ysokou ýchlos-
ťou disocio aných a ómo odíku odlie a ajúcich od odpo o ého kú enia možno
p eme ať aj in enzi u os e lenia lno ými dĺžkami okolí Ly-α, plyno é komo y
u čujú os e lenie Ly-α eľmi p esne, dokonca aj p e oči Slnku sa ýchlo pohybu-
júce d užice (u k o ých dochádza k dopple o skému sk á eniu alebo p edĺženiu
lno ej dĺžky Ly-αžia enia). Ich ne ýhodou je ysoká spo eba ene gie (na y-
h ie anie odpo o ého d ô u, spo eba jedno kách W) a eľké ozme y (š o ka-
nálo ý modul na d užici PROGNOZ 6 ážil 7kg a komo a p e Ly-αkanál me ala
8cm).
5
3.2 Apa a ú a a uspo iadanie
3.2.1 Komponen y apa a ú y
3.2.1.1 UV lampa
Ako zd oj UV žia enia sys éme sme použili di e enciálne če panú kapilá o ú
plyno ú UV lampu od i my Specs. Lampa unguje na p incípe s áleho ýboja
komo e, k o ou s malým p údom p e eká plyn. Plyn musí p e ekať, p e ože ko-
mo u s ýbojom nemožno (k ôli ú lmu žia enia akoukoľ ek p ekážkou, hoc aj
luo ido ým oknom) oddeliť od as nej komo y apa a ú y a plyn eda s ále uniká
do hla ného sys ému a je če paný aj ý e ami hla nej komo y. P á e p e o je
použi ý sys ém di e enciálneho če pania lampy a úzkej kapilá y s malou ákuo ou
odi osťou. Nas a o aním p í oku plynu do lampy eda ladíme dynamickú o no-
áhu a môžme meniť lak komo e s ýbojom, en po om me iame ákuome om
umies neným ej is ej komo e.
So zmenou laku komo e s ýbojom sa mení s e elné spek um ýboja (po-
me né zas úpenie jedno li ých spek álnych čia in eg álnom žia i om ýkone),
o o dob e ilus uje ojica g a o p e za á z manuálu k UV lampe SPECS (2009).
Zmenou laku komo e s ýbojom možno meniť podielne zas úpenie čia Hélia.
Podobný e ek nas á a p e každý plyn, hoc p e zloži ejšiu š uk ú u spek e
môže byť ťažšie in e p e o a eľný. K ali a í ne šak do is ej mie y pla í, že p i
nižšom laku bude k z ážkam a ómo dochádzať z iedka ejšie, eda budú poľom
medzi z ážkami dlhšie u ýchľo ané a ýsledné žia enie bude ene ge ickejšie. Keďže
s upné okno de ek o a ep ezen uje akýsi ek enčný il e , podiel p epus eného
žia enia k dopadajúcemu žia eniu sa bude meniť so zmenou spek a.
Ob . 3.4: Spek á hélio ého ýboja p e ôzne laky ho iaceho plynu, p e za é z
manuálu k UV lampe SPECS (2009)
3.2.1.2 Elek óno é delo
P i me aní sme použili elek óno é delo od i my Specs, model EQ 22/35
o ádané digi álnym kon olé om Specs PU EQ 22/35. Manipulo ať z äzkom níz-
koene ge ických elek óno je ob iažne, samo ná kon igu ácia elek ód zdola ob-
medzuje po enciálo ý spád po ebný p e sp á ne ungo anie zaos o acej elek o-
niky. Tes o aním nas a enia dela op o i doš ičke po e ej lumino o om sme u čili
najnižšiu ene giu elek óno , p i k o ej bolo možné elek óny zacieliť na s upné
okno alca s ozp ylom zh uba zodpo edajúcim eľkos i s upného okna, aby sme
mohli o o ys a iť kon olo anému bomba du elek óno . Za ú o ene giu sme
12
z olili 10eV. Viac o yuži í elek óno ého dela našom uspo iadaní podkapi ole
3.2.4.
3.2.1.3 Ióno é delo
P i me aní sme použili ióno é delo od i my Leybold – He aeus, model IQ
12/63 o ládané analógo ou s anicou Leybold – He aeus 86 79 16. Skúškou op o i
doš ičke po e ej lumino o om sme si o e ili, že nie je p oblém ióny požado anej
ene gie zacieliť na s upné okno de ek o a s ozp ylom zh uba zodpo edajúcim
eľkos i okna. Viac o yuži í ióno ého dela našom uspo iadaní podkapi ole
3.2.4.
3.2.1.4 Bezm iežko ý Fa adayo alec
P e me anie p iepus nos i s upného okna (bez os a ných komponen o de-
ek o a, p edo še kým kolek o a) sme použili bezm iežko ý Fa adayo alec y-
inu ý ámci diplomo ej p áce kolegu Ma eka Vyšinku ( iď Vyšinka (2008)),
jeho náč možno idieť na ob ázku 3.5.
Uži očnosť oh o alca spočí a om, že geome ia jeho elek ód nám umož-
ňuje me ať o op úd z jeho kolek o a aj keď alec nemá medzi s upným o o om
a kolek o om žiadne m iežky, k o é by znižo ali os i kolek o a ( o nako, ako
o oka óda komple ného de ek o a).
Ob . 3.5: Náč bezm iežko ého Fa adayo ho alca, p e za é z Vyšinka (2008)
3.2.2 P iepus nosť okna – expe iman álne uspo iadanie
P ým expe imen álnym cieľom bolo zme ať eálnu p iepus nosť okna pok y-
ého mono s ou zla a. To o me anie sme obili apa a ú e A ( iď ob ázok
3.6) pozos á ajúcej z plyno ej UV lampy s di e enciálnym če paním ( iď podka-
pi olu 3.2.1.1) a špeciálneho, bezm iežo ého Fa adayo ho alca ( iď podkapi olu
13
3.2.1.4) pe ne p imon o aných na p o iľahlých p í ubách ákuo ej komo y. Fa-
adayo alec op o i UV lampe slúžil ako de ek o dopadajúceho UV žia enia.
Podobne, ako o inálnom de ek o e, z ka ódy oh o a adayo ho alca sú p i
dopade UV k an a s is ou nemalou p a depodobnosťou u oľnené elek óny, k o é
ci li ým ampé me om me iame. Kolek o ( našom zapojení ka óda) použi ého
Fa adayo ho alca bol ne ezo ý, ale ako idno z podobnos i medzi zá islosťami
g a och na ob ázkoch 1.4 a 1.5, o o nemôže mať eľký ply na me anie p ie-
pus nos i okna.
Ob . 3.6: Schéma ákuo ej apa a ú y A
Okno sme umies nili do p edného panela ela de ek o a a en o uchy ili na
o ačný d žiak ak, že ho bolo možné okamži e a bez p e ušenia p e ádzky áku-
o ej komo y a jej súčas í dos ať do p údu s e la medzi lampou a Fa adayo ym
alcom, mimo neho alebo p úd úplne za ieniť a me ať hodno u pozadia signálu
de ek o a. Schému apa a ú y A možno idieť na ob ázku 3.6.
3.2.3 Me anie uhlo ej zá islos i ci li os i – expe imen-
álne uspo iadanie
Našim cieľom bolo u čiť zo né pole de ek o a (angl. FOV - ield o iew). V
apa a ú e A, no s d omi súčasnými úp a ami op o i me aniu popísanému yššie:
•s o ačným d žiakom použi ým na nas a enie uhlu na očenia de ek o a od
UV lampy a
•s celým zos a eným de ek o om.
14
V om o p ípade sme už nemali k dispozícii údaj o signále na kolek o e nep ek y-
om oknom, om o p ípade sme eda nedokázali me ať p iepus nosť okna, ale
sku očne sme me ali iba zá islosť in enzi y signálu na uhle odklonu de ek o a od
osi lúča.
3.2.4 Simulácia s a nu ia – expe imen álne uspo iadanie
Naj ážnejšie iziko p e dlhodobé in-si u ungo anie de ek o a p eds a uje y-
s a enie bomba du čas íc, nap íklad zo slnečného e a ( p ípade o ien ácie
de ek o a sme om na Slnko). P oblémom môže byť jednak deg adácia po chu
luo ido ého okna, jednak deg adácia zla ej s y a jednak možnosť pe meácie
nabi ých čas íc oknom, k o á by me anie úplne znehodno ila.
Typické pa ame e slnečného e a blízkos i Zeme sú:
•p ibližne 1cm−3p o óno aj elek óno k azineu álnom p os edí a
• ýchlosť p ibližne 500kms−1
P i ploche okna p ibližne 1cm2nám ie o čísla udá ajú p ibližný p úd elek ó-
no aj ióno 1×10−11 Ap i ene gi p o óno 1.3keV a ene gii elek óno 0.7eV.
Ro naký náboj p enesieme na po ch luo ido ého okna p i p úde 1×10−5Aza
30s. Os eľo ať okno odíko ými ka iónmi s ene giou 1.3keV nie je echnický
p oblém ( iď podkapi olu 3.2.1.3), y obiť šak o nobežný z äzok elek óno s
nízkou ene giou je ob iažne (ako spomínamie podkapi ole 3.2.1.2). Nami pou-
ži é elek óno é delo dokáže p oduko ať dos a očne zaos ené elek óny s ene giou
10eV. Za ek i alen očného poby u na obežnej d áhe s na očením sme om na
Slnko eda po ažujeme súčasnú 30s expozíciu okna oči:
•1×10−5Ap údu p o óno s ene giou 1.3keV,
•1×10−5Ap údu elek óno s ene giou 10eV a
•os i u VUV (UV lampou) s in enzi ou o nakou, ako p i samo nom me aní
Aby sme mohli s ieda o ys a oať okno bomba u yššie popísaným p údom
čas íc, zakompono ali sme ióno é delo, UV lampu, elek óno é delo a Fa ada-
yo alec do jednej apa a ú y s oknom de ek o a (p i om o me aní sme eda
opäť nepoužili celý de eko , iba jeho s upné okno) a p úd sme me ali samos a -
ným bezm iežko ým Fa adayo ym alcom. Apa a ú a použi á p i om o me aní
(označená ako apa a ú a B) je znázo nená na ob ázku 3.7.
15
Ob . 3.7: Schéma ákuo ej apa a ú y B
3.3 Výsledky me ania
3.3.1 P iepus nosť okna
Me anie p ebiehalo pos upne p e ôzne laky ôznych plyno o ýboji UV
lampy. P e každý lak jedného plynu sme bezp os edene po sebe zme ali p úd
I e o oelek óno na Fa adayo om alci komo e bez MgF2okna ces e, p úd
I0za ieneného alca (pozadie) a p úd Iwindow s oknom ces e. Po om sme up a-
ili lak plynu lampe na no ú hodno u, počkali na us álenie p údu a opäť
odme ali hodno y I e ,I0aIwindow. P eme ali sme celý obo lako , p i k o ých
lampe ho el s abilný ýboj. Me anie sme ykonali s odíkom a a gónom ako
p aco nými plynmi lampy. Hodno a I e je mie ou celko ého VUV yža o acieho
ýkonu lampy kon olo aného s o oelek ickým ýťažkom (ne ezo ého) kolek o a
použí ého Fa adayo ho alca.
Je jasné, že p iepus nosť okna nebude šeobecne p e ôzne plyny a ôzne
laky plynu lampe o naká. Okno p epúšťa len úzke okno lno ých dĺžok. P i-
pomeňme, že spek um žia enia UV lampy je unkciou aj laku p aco ného plynu,
iď podakapi olu 3.2.1.1, ne yhnu ne sa eda musí (in eg álna) p iepus nosť so
zmenou laku meniť. Našou ambíciou nie je u čiť, ako sa bude p iepus nosť me-
niť p i zmene p ame o spek a, cheme len u čiť obo hodnô , k o é môžme p i
p ak ickom použi í na d užici očaká ať. V p ípade použi ia p i d užico om me aní
bude p esná kalib ácia p iebežne ykoná aná kombinácii s os a nými me acími
za iadeniami ci li ými na o op úd p iamo in-si u, ako opisujeme podkapi ole
1.1.
Ďalším dôleži ým ak o om je o, že p úd I e z nezak y ého alca a p úd
Iwindow sú unkciami in eg álo sp ek álnej hus o y yža o ania cez ôzny in e -
16
al. Keď je alec nezak y ý, me iame skalá ny súčin zá islos í spek a žia enia
(na ob ázku 1.3) a o oelek ického ýťažku ako unkcie ene gie dopadajúceho
o ónu (g a na ob ázku 1.4), za iaľ čo MgF2okno ďalej s upuje do súčinu ak,
ako idno g a e p iepus nos i MgF2(g a na ob ázku 1.6). P eds a u o mož-
nos iach de ek o a dá a g a ukazujúci p ek y obo o o oelek ického ýťažku a
p iepus nos i (g a na ob ázku 1.7). Z oho is ého g a u idieť, že možno očaká ať,
že ak o zos a ený de ek o bude eľmi ci li ý na silnú čia u Ly-α.
P e každý bod zodpo edaúci d uhu a laku plynu u číme p iepus nosť zťa-
hom
T=Iwindow −I0
I e −I0
,(3.1)
kde p iepus nosť sme označili T. Očaká ame, že p iepus nosť bude zásadne iná
p e odík a p e a gón ( a góne sa ne ysky uje čia a Ly −α), no bude len slabou
unkciou laku ho iaceho plynu lampe.
P i zmene laku sme ixo ali p úd p e ekajúci ýbojom lampe, ďaka čomu
sa ani celko ý ohmický ýkon lampy ádo o nemenil (zmenu idno g a och
p údo I e na ob ázkoch 3.8 a 3.9). Name ané k i ky I e aTp e odík a a -
gón idno g a och na ob ázkoch 3.8 a 3.9 espek í e. X-o é chybo é úsečky
pochádzajú zo značnej neis o y u čení laku plynu.
Ob . 3.8: Name né hodno y p iepus nos i T okna z MgF2p e odíko ý ýboj
17
Ob . 3.9: Name né hodno y p iepus nos i T okna z MgF2p e a góno ý ýboj
3.3.2 Me anie uhlo ej zá islos i ci li os i
Výsledky me ania uhlo ej zá islos i in enzi y signálu ( o op údu) p i a bi -
á ne z olenom laku H2a p úde sú znázo nené g a e na ob ázku 3.10.
Ob . 3.10: Uhlo á zá islosť in enzi y signálu
Výsledkom me ania je, že de ek o ykazuje pods a e konš an nú ci li osť
in e ale −30◦až 30◦. Keďže s upný o o de ek o a je menší, než de ekčná
18
plocha kolek o a, p e is ý obo uhlo padne pods a e celý p ieme s upného
o o u na kolek o , akme konš an ná ci li osť is om obo e uhlo je očaká-
a eľná. U ažujúc o ačnú syme iu de ek o a môžme p ehlásiť, že ideálne zo né
pole deke o a je o ačne syme ických 30 s upňo .
3.3.3 Simulácia s a nu ia
Me anie p ebehlo apa a ú e B (schéma na ob ázku 3.7) s odíko ým ýbo-
jom, p i s iedaní ázy me ania p údo I e ( o op úd z nep ek y ej o oka ódy),
I0(p úd ze neos ie enej o oka ódy), Iwindow ( o op úd z o oka ódy p ek y ej
oknom) a ázy os i u elek óno ým a ióno ým delom popísanej yššie. Celko o
sme simulo ali s a nu ie o 1,2,5,10 a20 oko na ej is e zo ke ( eda dá ka
žia enia zodpo edala pos upne 1,1,3,5,10 okom). Výledky oh o me ania idno
g a e na ob ázku 3.11.
Ob . 3.11: P iepus nosť MgF2okna p ed a po s a nu í ( odíko ý ýboj)
Z ýsledko g a e na ob ázku 3.11 je idieť, že ply malo len p o né ožia-
enie, še ky ďalšie zá islos i sa ámci neis o y me ania zhodujú so zá islosťou
name anou po p om ožia ení. P iepus nosť sa po bomba de zlepšila nezá isle
na laku plynu lampe p ibližne o 1pe cen uálny bod, eda asi o 10%. Je po-
zi í nym ýsledkom, že okno os alo eľmi dob e (dokonca eš e lepšie) použi eľné
aj po bomba de. D obnú zmenu p iepus nos i p ipisujeme dočis eniu po chu od
o ganických nečis ô , od ko ých sme sklíčko mechanicky yčis iť nemohli k ôli
eľmi jemnému po chu (mono s e zla a). Či os ala p á e á o s a zla a ne-
poškodená ne ieme, p iepus nosť sa nezho šila a oľným okom sme zmenu okna
nepozo o ali.
19
4. Diskusia ýsledko a yuži ie
4.1 Ly-α
Vý azne yššia p iepus nosť MgF2okna p i os i e odíko ým ýbojom op o i
a góno ému ýboju (8–13% op o i 1–3% esp.) naznačuje, že okno p epúšťa p á e
Ly-αčia u spek a a o s pome ne ysokou in enzi ou. To o je súlade s očaká-
aním založeným na cha ak e is ikách použi ých ma e iálo ( iď ob ázok 1.7).
4.2 S a nu ie a odolnosť
Labo a ó na simulácia s a nu ia s upného okna yply om pomienok panu-
júcich slnečnom e e ukazuje, že de ek o yd ží p aco ať slnečnom e e
mnoho oko . P i ej o simulácii sme sa dopus ili nep esnos i, keď sme okno bom-
ba do ali elek ónmi s o eľa yššou ene giou, než aké sa bežne slnečom e e
ysky ujú, me anie má šak len in o ma í ny cha ak e a nie je dô od p edpo-
kladať, že by pomalšie elek óny spôsobili ý aznejšiu deg adáciu po chu, než
elek óny s ysokou ene giou.
Na o e enie, či nabi é čas ice nemôžu p es upo ať s upným sklom, sme ne-
ykonali žiadne pod obné me anie, p i bomba de nabi ými časicami ( ámci me-
ania popísaného podkapi ole 3.2.4) sme šak nepozo o ali, že by sa signál Fa-
adayo ho alca p i spus ení elek óno ého a ińo ého dela (a p i sús a nom chode
UV lampy) zmenil, na ú o ni p esnos i nášho me ania nám o o zis enie úplne
s ačí. Opäť, ak aj k zauja iu ply om nabi ých čas ích dochádza, kozme bude
o eľa menšie, než naše apa a ú e ( apa a ú e bolo nepozo o a eľné), keďže sme
k ôli z ýchlenému s a nu iu okno ys a o ali oku čas íc o eľa äčšiemu, než aký
je p í omný okolí Zeme.
4.3 Možné ďalšie pok ačo anie
P e u čenie pa ame o elek o niky (zosilňo ač, zbe nica) doplňujúcej me ací
p ís oj na d užici, je pods a né edieť, aké hodno y o op údu z kolek o a de-
ek o a očaká ame. P e p ak ické použi ie s ačí poznať ád in enzi y signálu, aby
sme ho zis ili, po ebujeme poznať s podobnou p esnosťou žia i ý ok UV na de-
ek o e a po o nať ho so žia i ým okom UV zo Slnka na ú o ni Zeme (poťažmo
so žia i ým okom UV oblas i, k o ej chceme de ek o použí ať).
Podľa zťahu
Φ = I e
e η ,(4.1)
kde Φje ok o óno ( [s−1]), I e je o op úd z kolek o a de ek o a me aný
bez okna ces e, eje elemen á ny náboj a ηje o oelek ický ýťažok, možno
p ibližne u či ok o óno Φz UV lampy na 2×1013 s−1. P i om sme yužili, že
o oelek ický ýťažok železa p e o óny okolí čia y Ly-αje p ibližne 5% ( iď
1.5) a ypické de eko ané p údy I e boli p ibližne 150nA ( iď podkapi olu 3.3).
20
Spolu s plochou s upného o o u použi ého alca p ibližne 50mm2 o o udá a
plošný ok o óno p ibližne 4×1018 s−1m−2.
Podľa Woods a kol. (2004) je ypický plošný ýkon p enášaný Ly-αzo Slnka
p ibližne 1×10−2W m−2. Ene gia jedného Ly-αk an a je p ibližne 10 eV, eda
p ibližne 1.6×10−18 J. V Slnečnom žia ení okolí Zeme eda panuje ok Ly-
α o óno p ibližne 6×1015 s−1m−2. Bez spek oskopu nie je možné spoľahli o
u čiť, aká časť o óno gene ujúcich nami me aný p úd sú p á e Ly-α o óny,
no ak u ážime p iepus nosť 10%, plochu s upného okna 1cm2a o oelek ický
ýťažok hliníka 3%, môžme kozme očaká ať hodno u o op údu (spôsobenú len
Ly-α o ónmi) p ibližne 0.3nA, čo je dob e me a eľná hodno a.
4.4 Využi ie
Naše me ania dokumen ujú yuži eľnosť de ek o a na p ibližné, no p iebežné
a eľmi ýchle me anie VUV os i u, p edo še kým čia y Ly-α. Okno ykazuje
zh uba 10% p iepus nosť žia enia odíko ého ýboja a možno eda očaká ať
podobnú p iepus nosť slnečného VUV. De ek o je p ip a ený na yuži ie koz-
mických in-si u me aniach.
21
