Show simple item record

Collisions and transport of positrons in gases: kinetic phenomena and possible applications in biomedicine

dc.contributor.advisorPetrović, Zoran Lj.
dc.contributor.otherDujko, Saša
dc.contributor.otherBukvić, Srđan
dc.contributor.otherPoparić, Goran
dc.contributor.otherSpasojević, Đorđe
dc.creatorBanković, Ana
dc.date.accessioned2016-01-05T12:51:23Z
dc.date.available2016-01-05T12:51:23Z
dc.date.available2020-07-03T09:50:09Z
dc.date.issued2012-07-01
dc.identifier.urihttp://eteze.bg.ac.rs/application/showtheses?thesesId=1228
dc.identifier.urihttp://nardus.mpn.gov.rs/handle/123456789/3202
dc.identifier.urihttps://fedorabg.bg.ac.rs/fedora/get/o:8154/bdef:Content/download
dc.identifier.urihttp://vbs.rs/scripts/cobiss?command=DISPLAY&base=70036&RID=44664079
dc.description.abstractSa sve bržim razvojem tehnologije za akumulaciju i čuvanje antimaterije raste broj primena pozitrona u nauci, industriji i svakodnevnom životu, pa je sve veća potreba za modelovanjem različitih aspekata interakcije materije i antimaterije. Modelovanje realnih situacija u kojima pozitroni nalaze primenu zahteva poznavanje dva tipa fundamentalnih podataka. Prvi tip su sudarni preseci za sve bitne sudarne procese pozitrona i atoma/molekula materije. Drugi tip, koji se oslanja na preseke, su podaci o transportu pozitrona u neutralnim gasovima. Transportne osobine su izvor informacija o grupi (ansamblu) naelektrisanih čestica koje se kreću kroz sredinu i u njih spadaju između ostalih srednja energija, brzina drifta i difuzioni tenzor. Osnovni cilj disertacije je sistematsko izučavanje transportnih parametara rojeva pozitrona u gasovima. Izučavani gasovi su odabrani imajući u vidu realne primene pozitrona. Ispitivani gasovi su Ar, H2, N2 i vodena para, a za proračun transportnih parametara korišćene su Monte Carlo simulacija i teorija za rešavanje Boltzmannove jednačine. Ove dve suštinski različite tehnike za opis transporta pozitrona u gasovima, bile su neophodne usled nepostojanja eksperimentalnih rezultate za transportne koeficijente. Dobro slaganje ove dve tehnike daje verodostojnost rezultatima prikazanim u disertaciji i reflektuje numerički integritet ove tehnike. Za modelovanje transporta roja pozitrona kroz neutralni gas potrebno je poznavanje preseka za sve procese relevantne za konkretan gas, odnosno potreban je kompletan skup preseka koji obezbeđuje balans broja čestica, impulsa i ukupne energije čestica roja. U ovoj doktorskoj disertaciji kompletirani su i preporučeni skupovi preseka za sudarne procese pozitrona u Ar, H2, N2, CF4 i H2O. U saradnji sa Centrom za proučavanje interakcija antimaterije i materije u Australiji izmereni su totalni presek za rasejanje pozitrona na molekulu vodene pare i presek za formiranje pozitronijuma. Ovi preseci su iskorišćeni kao ulazni podaci za Monte Carlo simulaciju i Boltzmannovu jednačinu, kojima su sistematski proučavani trendovi u ponašanju transportnih koeficijenata rojeva pozitrona koji se kreću pod uticajem električnih i magnetskih polja. Proučavana je osetljivost transportnih koeficijenata na proces formiranja pozitronijuma i identifikovan je veći broj kinetičkih fenomena indukovanih nekonzervativnom prirodom ovog procesa. Jedan od najdrastičnijih primera ovih fenomena je negativna diferencijalna provodnost koja se pojavljuje samo u balk komponenti brzine drifta, a ne i u odgovarajućoj flaks komponenti. Fenomen je detaljno objašnjen razmatranjem prostorno razloženih karakteristika roja pozitrona i korišćenjem teorije za prenos impulsa. Posebna pažnja posvećena je zajedničkim efektima magnetskog polja i formiranja pozitronijuma u uslovima kada ciklotronska frekvenca značajno prevazilazi kolizionu frekvencu. Utvrđeno je da magnetsko polje ukida efekat negativne diferencijalne provodnosti. Ispitivan je domen važenja aproksimacije dva člana za rešavanje Boltzmannove jednačine i pokazano je da su koeficijenti difuzije naročito osetljivi na broj članova u sferno-harmonijskoj dekompoziciji Boltzmannove jednačine. Važno mesto u disertaciji imaju testovi Tonksove teoreme primenjene na transport pozitrona u ortogonalnoj konfiguraciji električnog i magnetskog polja. Ilustrovana je neadekvatnost primene ove metode u situacijama kada je formiranje pozitronijuma izolovan i dominantan sudarni proces...sr
dc.description.abstractAlong with the fast development of technology for accumulation and storage of antimatter the number of positron applications in science, industry and everyday life is rapidly increasing and therefore there is a growing necessity for modeling of different aspects of antimatter-matter interactions. The modeling of positron-based technologies and experimental situations involving positrons requires the knowledge of two types of fundamental data. The first type is the collisional data, i.e. the cross-sections for every possible channel of interaction between the positron and the atom/molecule of matter. The second type relying on the cross-section data is the data associated with the transport of positrons in neutral gases. Transport properties are a source of information about a group or ensemble of charged particles travelling through the medium, such as their mean energy, drift velocity and diffusion tensor. The main goal of this Thesis is to systematically study transport properties of positron swarms in Ar, H2, N2 and water vapour. Gases are chosen having in mind real positron applications. A Monte Carlo simulation code has been applied and our new sets of cross-sections for positron scattering in gases are used as an input. Since there are no experimental data for positron transport in these gases, a multi-term theory for solving the Boltzmann equation has been used to validate the results obtained by a Monte Carlo simulation technique. Modeling of positron transport in neutral gas requires the knowledge of cross section set which has to be complete in the sense that it covers all important processes and therefore provides a good particle, momentum and energy balance. In this Thesis we have undertaken a programme to compile, evaluate, recommend and disseminate collision data for positrons in Ar, H2, N2, CF4 and water vapour. In collaboration with our colleagues from the Centre for Antimatter Matter Studies at the Australian National University, the total cross section for positron scattering in water vapour and cross section for positronium formation have been measured. Using these cross section sets as an input in both Monte Carlo simulation and Boltzmann equation theory, we have investigated the basic trends in behaviour of transport coefficients of positron swarms under the influence of electric and magnetic fields. The sensitivity of transport coefficients on Ps formation has been studied and a number of kinetic phenomena induced by non-conservative nature of this process have been identified. One of the most striking phenomena is negative differential conductivity (NDC) which is present in the bulk component of the drift velocity only, with no sign of it in flux component. The phenomenon is explained in details by calculating the spatially resolved characteristics of the swarm and also by using the momentum transfer theory. Special attention has been paid to the synergistic effects of magnetic fields and Ps formation on positron transport in crossed electric and magnetic fields when the cyclotron frequency is much greater then the collision frequency. When a magnetic field is applied, a new level of complexity is introduced. It is shown that the longitudinal and transverse drift velocity components behave in an entirely different manner. The bulk component of the longitudinal drift velocity is more affected than the corresponding transverse component, which unexpectedly removes NDC from the profiles of the drift speed. The domain of validity of the two-term approximation for solving the Boltzmann equation has been investigated and this study has revealed that diffusion coefficients are more sensitive on way of solving the Boltzmann's equation than the drift velocity. The important results of this Thesis are those associated with the tests of Tonks’ theorem applied to positron transport in an orthogonal configuration of electric and magnetic field. The inadequacies of this approach in situations when Ps formation is isolated and dominant process are illustrated...en
dc.formatapplication/pdf
dc.languagesr
dc.publisherУниверзитет у Београду, Физички факултетsr
dc.relationinfo:eu-repo/grantAgreement/MESTD/Basic Research (BR or ON)/171037/RS//
dc.rightsopenAccessen
dc.sourceУниверзитет у Београдуsr
dc.subjectkinetička teorija i simulacije transporta pozitrona u gasovimasr
dc.subjectkinetic theory and simulations of positron swarmsen
dc.subjectatomic and molecular physicsen
dc.subjectpositron physicsen
dc.subjectatomska i molekularna fizikasr
dc.subjectfizika pozitronasr
dc.titleSudari i transport pozitrona u gasovima : kinetički fenomeni i mogućnost primena u biomedicinisr
dc.titleCollisions and transport of positrons in gases: kinetic phenomena and possible applications in biomedicineen
dc.typedoctoralThesis
dc.rights.licenseBY-NC-ND
dcterms.abstractПетровић, Зоран Љ.; Спасојевић, Ђорђе; Буквић, Срђан; Дујко, Саша; Попарић, Горан; Банковић, Aна; Судари и транспорт позитрона у гасовима : кинетички феномени и могућност примена у биомедицини; Судари и транспорт позитрона у гасовима : кинетички феномени и могућност примена у биомедицини;
dc.identifier.fulltexthttp://nardus.mpn.gov.rs/bitstream/id/24897/Disertacija.pdf


Files in this item

Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record