Study of chemical processes in Titan atmosphere

Bakalářská práce se zabývá studiem chemických procesů v atmosféře Titanu simulované v laboratorních podmínkách. Abnormální doutnavý výboj jako předstupeň pro klouzavý obloukový výboj byl použit pro vygenerování plazmatu ve směsi dusík-metan, která odpovídá složení atmosféry Titanu. Jako základní diagnostická metoda plazmatu posloužila optická emisní spektrometrie. Teoretická část práce stručně popisuje historii studia atmosféry Titanu včetně posledních dosažených výsledků z průzkumu meziplanetární sondou. Dále jsou uvedeny základní vlastnosti plazmatu včetně jeho diagnostiky. Jednotlivé komponenty stanovené v atmosféře Titanu jsou molekuly N2, CH4, H2, stejně jako řada uhlovodíků s nižší hmotností včetně HCN, C2H2 a C2H4, rovněž byly nalezeny i stopy některých vyšších uhlovodíků a aminokyselin. Zvolená elektrodová konfigurace odpovídala klouzavému elektrickému obloukovému výboji s mezielektrodovou vzdáleností 2 mm, na elektrody bylo přiloženo vysoké napětí s výkonem do 300 W. Plazma bylo vygenerováno za atmosférického tlaku ve směsi dusík - methan (0,5 - 2,5% metanu). Oba plyny byly použity s čistotu až 99,999%, a celá aparatura byla před měřením evakuovány pro potlačení stopových příměsí kyslíku. Optická emisní spektra byla získána v závislosti na dodávaném výkonu a složení plynné směsi. Ve spektrech se podařilo identifikovat molekulární pásy dusíku a radikálu CN, stejně jako atomové čáry vodíku a uhlíku. Vibrační teploty 2300 - 8000 K byly stanoveny ze spekter N2, N2+, CN a C2. Rotační teploty vypočtené z pásů 0-0 druhého pozitivního systému dusíku a CN se pohybovaly v intervalu 1200 - 4800 K v závislosti na experimentálních podmínkách. Výsledky byly využity v článku odeslaném do mezinárodního časopisu. Získané poznatky mohou být použity jako základ pro budoucí studium atmosféry Titanu i s využitím jiných elektrických výbojů.The bachelor’s thesis deals with study of chemical processes in Titan atmosphere simulated under laboratory conditions. The abnormal glow discharge as a for-step for gliding arc discharge was used for the plasma generation in nitrogen-methane gas mixture corresponding to the Titan atmosphere composition. The optical emission spectroscopy was chosen as the basic plasma diagnostic method. The theoretic part of thesis describes briefly history of Titan atmosphere studies including the last space craft obtained results. Later, the fundamental properties of plasmas including their diagnostics are given. The general components determined in Titan atmosphere include N2, CH4, H2 molecules as well as a suite of lower weight hydrocarbons including HCN, C2H2 and C2H4; some traces of higher hydrocarbons and amino acids were determined, too. The electrode configuration corresponding to gliding arc arrangement with interelectrode gap of 2 mm was used with high voltage power supply giving power up to 300 W. Plasma was generated in the nitrogen-methane mixtures (0.5 – 2.5 % of methane) at atmospheric pressure. Both gases had purity better than 99.999% and all system was evacuated before measurement to suppress oxygen traces. Optical emission spectra were taken in dependence of applied power and gas mixture composition. Nitrogen and CN radical spectra as well as atomic lines of hydrogen and carbon were identified in the spectra. The vibrational temperatures of 2300 - 8000 K were determined from the spectra of nitrogen second positive, CN violet and C2 spectral systems. Rotational temperature calculated from nitrogen second positive and CN violet 0-0 bands varied in the interval of 1200 - 4800 K depending on the experimental conditions. The obtained results were submitted as a part of paper into international journal. The obtained results maybe used as a fundament for the future study of Titan atmosphere using also other discharge.