Fotoionizace v atmosférických plynech

Bc. Jan Priessnitz

Bachelor's thesis

Photoionization i atmospheric gases

Abstract:

V této bakalářské práci se věnujeme efektu fotoionizace v atmosférických elektronových lavinách s použitím numerického modelu. Vyvinuli jsme 3D částicový numerický model elektronů s využítím Monte Carlo přístupu pro srážky mezi elektrony a plynem. V práci je prezentován vylepšený algoritmus pro náhodný výběr srážky, který významně model urychluje. Srážkový model je následně využit ke stanovení populace excitovaných stavů molekuly dusíku, které jsou zodpovědné za fotoionizaci. Model fotoionizace byl vyvinut na základě simulace diskrétních fotonů, které jsou vyzářeny excitovanou molekulou dusíku a následně absorbovány. Druhá část bakalářské práce se zabývá validací modelu skrz porovnání několika výsledků s ostatními modely a experimentálními daty. Model pro transport elektronů vykazuje dobrou shodu s ostatními modely. Model fotoionizace v této práci, který je založený na základních vlastnostech molekul dusíku a kyslíku, je porovnán s široce používaným empirickým modelem fotoionizace a s experimentálními výsledky. Model vykazuje uspokojivou shodu. Porovnání ale odhaluje důležitost přesných experimentálních dat, které jsou využity k výstavbě modelu.

Abstract:

In this thesis, we study the effect of photoionization on atmospheric electron avalanches using a numerical model. A 3D particle numerical model of electrons was developed, employing a Monte Carlo collision scheme to resolve interaction of electrons and gas. An improved algorithm for random collision selection, which significantly speeds up the model, is presented. The collision scheme was used to determine population of N2 excited states responsible for photoionization. A photoionization model based on discrete photon emission and absorption was then developed. In the second part of this thesis, we validate the model by comparing several results to other models and experimental data. The electron transport model shows good agreement with other models. The photoionization model developed here, based on fundamental properties of N2 and O2 molecules, is compared to a widely used empirical model and experimental results. The comparison shows acceptable agreement, but reveals the importance of accurate experimental data used to build the model.

Keywords

fotoionizace, elektronové laviny, numerická simulace, Monte Carlo srážky, excitace molekul dusíku, photoionization, electron avalanches, numerical simulation, Monte Carlo collision, nitrogen molecule excitation

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 18. 6. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 13. 7. 2021
• Supervisor: Mgr. Zdeněk Bonaventura, Ph.D.
• Reader: PhD. Pedro Arsénio Nunes Aleixo Viegas

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Physics / Physics