Reconstrucción de la hoja de corriente en regiones cercanas al punto de reconexión

La aproximación ideal de la reconexión magnética en la hoja de corriente de la Tierra predice una hoja de corriente tipo Harris, donde el máximo en la densidad de corriente se alcanza en el centro de la estructura -que idealmente coincidiría con en el ecuador magnético del planeta. Si bien observaciones in-situ de misiones espaciales pasadas han mostrado que frecuentemente se trata de una estructura mucho más compleja que la predicha por el modelo de Harris, la estructura de la hoja de corriente -particularmente a microescala- en regiones cercanas a los puntos de reconexión aún no está descifrada en su totalidad. En este trabajo, usamos decenas de cruces de la hoja de corriente detectados por la misión Magnetospheric Multiscale (MMS) para estudiar la evolución de la estructura. Los resultados muestran que la hoja de corriente es altamente dinámica, cambiando de un perfil bifurcado a uno más simétrico tipo Harris en regiones cercanas al punto de reconexión y que la presencia sostenida de un campo guía contribuye a que la estructura de la hoja de corriente sea diferente de lo esperado por la teoría.

Interacción de partículas relativistas con tubos de flujo magnético en la heliosfera

Los rayos cósmicos galácticos (RCG) son partículas relativistas que entran a la heliosfera de forma cuasi-isotópica. En su mayoría son protones y núcleos de Helio, pero también los conforman núcleos más pesados, electrones y positrones. En la heliosfera, los RCG interaccionan con los campos magnéticos de gran escala que expulsa el Sol durante eventos explosivos como las eyecciones de masa coronal (EMC). Las manifestaciones más conocidas de la interacción entre GCR y EMC son los decrecimientos “Forbush” en estos eventos, el flujo de RCG se ve disminuido debido a que los campos magnéticos de las EMC los dispersan. Sin embargo, hay un fenómeno opuesto que ha sido poco estudiado. Se trata de incrementos anisotrópicos causados por el guiado que el campo magnético helicoidal de gran Scala (Flux ropes) que acompaña a algunas CMEs (conocidas como nubes magnéticas) causa cobre los RCG, obligándolos a seguir preferencialmente la dirección del eje del flux rope. En este trabajo presentamos la evidencia observaciones del incremento de RCG causado por flux ropes y las simulaciones que soportan el escenario planteado.

Caracterización de plasmas inducidos por láser: efecto de la relación entre energía del pulso y área de enfoque

Cuando se trabaja con plasmas producidos por ablación láser se pueden modificar los parámetros del plasma, como energía cinética de las especies, temperatura y densidad electrónica, etc., al variar la densidad de energía o fluencia que corresponde a el cociente entre la energía de los pulsos láser (E) y el área de enfoque (A). Sin embargo, un valor constante de la fluencia puede producirse con distintas combinaciones de E y A. Por otro lado, es común considerar que para fluencias constantes se obtengan resultados similares, es decir, para diferentes valores de E y A, pero conservando su cociente, se obtendrán los mismos parámetros del plasma, incluyendo la masa ablacionada del blanco. En este trabajo se estudia el efecto producido sobre los parámetros del plasma en un blanco de ZnO en vacío (5x10-5 Torr) al variar E y A (4 combinaciones), manteniendo siempre la fluencia fija (6 mJ/cm2), utilizando un láser excímero pulsado de 248 nm de 10 ns de duración. El plasma se caracterizó mediante espectroscopia óptica de emisión con resolución temporal mediante el análisis de líneas de iones y átomos neutros de Zn y O. Para determinar el área de enfoque se utilizaron diferentes métodos (marcas en ZnO, aluminio y papel fotosensible), así como un modelo teórico. Los métodos anteriores son los más utilizados para determinar el área de enfoque del pulso láser. Se mostrarán los resultados de los parámetros del plasma y se discutirán discrepancias entre los diferentes métodos para determinar el área de enfoque.

El Experimento de Espejo Magnético Centrífugo para la Producción de Fusión Nuclear, CMFX

Un nuevo experimento de confinamiento magnético de plasmas de alta temperatura, CMFX por sus siglas en inglés, se encuentra bajo construcción en la Universidad de Maryland. El propósito del experimento es demostrar el confinamiento estable de plasmas en una configuración magnética lineal en la que el plasma se hace girar con velocidad de deriva en dirección $\bf{E}\times \bf{B}$, en el que $\bf{B}$ es el campo magnético axial y $\bf{E}$ es el campo eléctrico radial. El diseño de CMFX toma en cuenta resultados y lecciones de un experimento anterior similar, MCX por sus siglas en inglés, que estuvo en operación en Maryland hasta 2010, y que demostró confinamiento con temperaturas de iones y electrones de hasta 100 eV [R. Reid et al. Phys. Plasmas 21, 063305 (2014)]. A diferencia de MCX, en el que los plasmas duraron hasta 10 ms con bobinas pulsadas, el diseño de CMFX se está planeando con bobinas superconductoras y plasmas con duración de hasta 100 ms. El objetivo de CMFX es lograr plasmas con $n=10^{18}m^{-3}$, $T_e=0.5 $keV, $T_i=0.5 $keV, y un triple producto de densidad, temperatura, y tiempo de confinamiento de $10^{17}$ keV-s/m$^3$, en plasmas de hidrógeno con duración mínima de 15 ms. Se tiene planeado el uso de deuterio, con el que se espera producir neutrones con flujos de hasta 200/cm$^3$/s. En esta charla se presenta la teoría básica que motiva los experimentos, la configuración del equipo, y los diagnósticos básicos que se utilizarán en CMFX. Agradecemos el apoyo financiero del Departamento de Energía de EE. UU. bajo contrato No. DE-AR0001270, y del Maryland Space Grant Consortium por el apoyo financiero a estudiantes pregrado que hacen prácticas de verano en CMFX.

Transporte de iones rápidos a través de islas magnéticas en un tokamak

Se hace la descripción del transporte de partículas rápidas usando métodos de Monte Carlo a través de un modelo de órbita completa y un modelo de centro giía para el movimiento de las partículas. Se aplica al caso de los iones generados por NBI (inyección de haces neutros) cunado existe una cadena de islas magnéticas la cual tienen que cruzar. El flujo de iones rápidos a través de la isla se mide para distintas condiciones iniciales hasta que los iones son termalizados. Se incluyen colisiones con el plasma de fondo. Las dos descripciones son comparadas mostrando que el modelo de órbita completa presenta carácterísticas que no están contenidas en el modelo de centro guía por lo que es más adecuado para estudiar el transporte. El efecto de rotación de las islas es el de modificar el flujo pero depende de la dirección de rotación. También se incluye el efecto de un campo eléctrico asociado a la isla misma, mostrando que tiene una influenciacreciente sobre el flujo a través de las islas.

Efectos viscosos y de un campo eléctrico radial inducidos por un electrodo polarizado sobre el transporte de partículas en un estelerador

Se ha observado que cuando se aplica un voltaje a las placas del diversor respecto de la cámara o mediante un electrodo polarizado, en un tokamak o un estelerador, se genera un campo eléctrico radial. Como resultado, surge una corriente radial, se modifican los perfiles de densidad y temperatura, así como el transporte radial de impurezas en función de la polaridad del campo eléctrico radial. Estos pocesos son acompañados del surgimiento de una velocidad de rotación del plasma promediada respecto de las superficies de flujo magnético. Como el efecto del electrodo polarizado es en el borde del plasma, limitamos el análisis al régimen de altas colisiones de Pfirsch-Schluter. En este trabajo, se analiza la influencia de la viscosidad paralela de los iones y del campo eléctrico radial en la velocidad de rotación del plasma y sus efectos en el control del transporte de partículas considerando que en los esteleradores por su geometría del campo magnético, el transporte de partículas y de momento no son intrínsecamente ambipolares. Se realizan algunas estimaciones respecto del experimento en el estelerador TJ-II.

Parker Solar Probe: our first visit to the Sun's corona

Parker Solar Probe, which launched in August 2018, is a mission to reach and ultimately penetrate the outermost part of the sun's corona. From that vantage point, it will make first-ever measurements of the partially closed solar atmosphere-- the plasma environment that the Sun holds in a forest of magnetic loops braiding its surface. The primary goal for the mission is to address the so-called "coronal heating problem," the longstanding question of what processes operate in that environment to accelerate the solar wind and to heat the corona to a temperature millions of Kelvin greater than that of the surface. By the fall of 2021 Parker Solar Probe will have executed nine orbits of the Sun and approached to within 16 solar radii of the surface. Though still far from the ultimate goal of 9 solar radii, this distance is by far the closest yet achieved and it is commensurate with the largest remotely-observed coronal loops. In this presentation, I will give an introduction to the Parker Solar Probe mission, its instrumentation, and its scientific goals. Ι will then discuss the latest observations from the mission and how they are already changing our view of the Sun, the solar wind, and space weather.

CAFE-Space Weather: a code designed to model the solar wind dynamics

We present a code that solves the magnetohydrodynamics (MHD) equations with the conditions of the solar wind. These equations are written as a hyperbolic flux balance system of evolution equations. The numerical solutions of these equations are calculated using Cartesian coordinates, finite volume discretization and approximate Riemann solvers of the HLL class. We show the code passes traditional MHD tests including waves and magnetic reconnection tests. The solar wind is simulated in a domain that contains at least a sphere of radius 1AU. The physical domain is this numerical domain with an excised lego-sphere of radius $r_{min}$ that ranges from 15 to 20 $R_{\odot}$. At the surface of this lego-sphere we impose boundary conditions that correspond to the injection of a stationary solar wind, whose variables include velocity, density and temperature of the plasma. At the outer boundary of the domain we impose out-flow boundary conditions that allow the plasma to get-off the domain. The first test consists in showing that a correct stationary wind is formed. Once this happens we are able to inject toy-model Coronal Mass Ejections that propagate across the physical domain. The code produces simulations that can be analyzed globally through the output of the plasma variables, and locally at the position of solar orbiting satellites that measure the plasma variables. This is a code totally programmed in our group from the scratch, and we expect it to be competitive and at the service of the Space Weather community for simple scenarios.

Simulaciones numéricas de macroespículas en condiciones de desequilibrio energético en la atmósfera solar

Utilizando simulaciones numéricas, estudiamos los efectos de la conducción térmica y el enfriamiento radiativo en la formación y evolución de jets solares con algunas características de las macroespículas. Inicialmente asumimos que la atmósfera solar se encuentra en desequilibrio energético. Por lo tanto, probamos si los flujos de fondo resultantes de un desequilibrio entre la conducción térmica y el enfriamiento radiativo influyen en el comportamiento de los jets. En este escenario particular perturbamos la formación de los jets meidante un pulso de velocidad vertical localizado en la cromosfera superior para los siguientes casos de prueba: i) adiabático; ii) conducción térmica; iii) enfriamiento radiativo; iv) conducción térmica + enfriamiento radiativo. De acuerdo con los resultados de las simulaciones, la adición de la conducción térmica da como resultado jets más pequeños y calientes que en el caso adiabático. Por otro lado el enfriamiento radiativo disipa el jet después de alcanzar la altura máxima ($ \approx $ 5.5 Mm), haciéndolo más corto y frío que en los casos adiabático y con conducción térmica. Además, el flujo generado por el enfriamiento radiativo es más sustancial que el causado por la conducción térmica. A pesar del desequilibrio energético del fondo de la atmósfera solar, el jet simulado muestra características morfológicas de las macroespículas. Además, el pulso de velocidad aumenta hasta convertirse en un choque que se propaga hacia arriba en una corona solar que mantiene su temperatura inicial. Los choques generan los jets con un comportamiento cuasiperiódico que sigue una trayectoria parabólica representados en diagramas de tiempo-distancia , los cuales son consistentes con la dinámica observada en las macroespículas

Determinación de las barreras de transporte en mapeos que describen turbulencia en plasmas

Usando un espectro discreto de ondas de deriva en dos dimensiones, al que se le agregan flujos con cizalla del plasma de fondo, se estudia el movimiento de partículas prueba, reduciéndose a un mapeo simpléctico. Bajo el supuesto de que cunado se establece caos global se pierde el confinamiento del plasma, se determinan las condiciones para que sobreviva la última superficie KAM que actúa como una barrera de transporte. Se analizan dos tipos de flujo, uno monótono con variación lineal de la velocidad con el radio y otro no monótono con variación radial Gaussiana. Se obtienen diagramas para el umbral de rompimiento de la barrera en función de los parámetros del mapeo, que son la amplitud de las ondas, la velocidad de flujo y el radio de Larmor.

Análisis de simulaciones numéricas de oscilaciones de diente de sierra en el Compact Toroidal Hybrid (CTH)

Las oscilaciones de diente de sierra (sawtooth oscillations) en tokamaks y stellarators se caracterizan por un incremento gradual de la temperatura central seguido de un colapso rápido que ocurre -en general- cuando el factor de seguridad en el eje magnético cae por debajo de uno. El Compact Toroidal Hybrid (CTH) es un torsatron en el que una transformada rotacional externa variable permite el estudio del impacto de campos magnéticos 3D en la estabilidad magnetohidrodinámica. En este trabajo, analizamos simulaciones no lineales de oscilaciones de diente de sierra en CTH mediante el código NIMROD [1]. Una implementación de residuos de Greene [2] permite una descripción detallada de las oscilaciones de dientes de sierra. Los residuos de Greene se definen para puntos fijos: la intersección de una línea de campo magnético cerrada con una sección de Poincaré. En vista de que un pequeño residuo de Greene para el centro de una isla magnética aumenta con el grosor de esta, dicha cantidad se ha empleado para evaluar el grado de estocasticidad de campos magnéticos en vacío [3]. En lo que respecta a las simulaciones de dientes de sierra en CTH, este diagnóstico permite la identificación precisa tanto del eje magnético original como del centro de la isla magnética durante el proceso de reconexión que convierte a la última en el nuevo eje magnético. [1] N. A. Roberds, L. Guazzotto, J. D. Hanson, J. L. Herfindal, E. C. Howell, D. A. Maurer y C. R. Sovinec, Phys. Plasmas 23, 092513 (2016). [2] J. H. Greene, J. Math. Phys. 20, 1183 (1979). [3] J. R. Cary y J. D. Hanson, Phys. Fluids 28, 2464 (1986). Este trabajo fue financiado por el DOE proyectos No. DE-FG02-03ER54692 y DE-SC0018313.

Propiedades del transporte turbulento en plasmas magnetizados con flujo descritos por mapeos simplécticos

En plasmas magnetizados la turbulencia producida por ondas de deriva es la que produce la mayor cántidad de pérdidas de masa y energía por procesos de transporte acelerado. Suestudio detallado es muy complicado pero pueden obtenerse resultados valiosos con modelos de partícula prueba. Aquí analizamos las propiedades del transporte turbulento con estos modelos suponiendo un espectro de ondas infinito y uniforme. Se incluyen los efectos de radio de giro finito haciendo un promedio sobre las órbitas. Se muestra que este efecto hace el transporte ya no sea local en un plasma térmico pero sigue siendo de caracter difusivo. Al introducir un flujo en la dirección poloidal del toro se modifican las propiedades del transporte tanto poloidal como radial. Para flujos con cizalla constante el transporte radial es difusivo pero el poloidal es superdifusivo. Por otro lado, cuando el flujo es de tipo zonal con un máximo de velocidad en una posición radial, aparece una barrera de transporte alrededor de esa posición y el transporte poloidal tiene una transición a volverse superdifusivo para una temperatura crítica.

Control basado en funciones de energía de la posición y forma del plasma en un tokamak

El plasma dentro de un tokamak posee dinámicas altamente no lineales que dificultan su manipulación. El control de forma y posición de la columna de plasma es un requisito fundamental para lograr la fusión controlada en los aparatos de confinamiento magnético tales como el tokamak. Sin embargo, los esquemas de control tradicionales como el PID o la retroalimentación de estados lineal han tenido resultados limitados debido a la difícil dinámica de estos plasmas y las múltiples simplificaciones que se realizan en los modelos del plasma con los que se diseñan. En un intento por mejorar esto, aunque de cierta forma aislada, se han propuesto sistemas de control no lineales basados en modelos más complejos para mejorar dichos resultados. Siguiendo esta ruta se propone un esquema de control no lineal basado en las propiedades físicas naturales del plasma; en particular, de sus propiedades energéticas. Se presentan de manera breve el camino y la motivación para llegar a este controlador, así como simulaciones y una comparación con otros sistemas de control.

Formacion de cianuro de hidrogeno

El estudio del comportamiento de mezclas de plasmas de diferentes elementos es fundamental tanto desde el punto de vista de aplicaciones, así como parte muy importante en la investigación básica (1). En este trabajo se presenta la formación de HCN+, a partir de adenina pura y mezclada con un solvente polar como vapores de 1-propanol, al ser sometida a la radiación laser en el intervalo de 257-280 nm. Con este fin se obtuvieron los espectros de absorción ultravioleta de la adenina disuelta en diferentes solventes polares: metanol, 1-propanol y terbutanol, con la finalidad de seleccionar la mezcla que presente un corrimiento más significativo en la banda del espectro de absorción y un incremento en la eficiencia de su capacidad de absorción. De los resultados obtenidos es 1-propanol el solvente más adecuado.Posteriormente la adenina pura y la mezcla con 1-propanol) se irradiaron en el intervalo 257-280 nm para observar los espectros de masa de la disociación y la influencia del solvente en la formación de HCN+ así como la identificación de posibles estados resonantes. Mediante la migración del hidrógeno y ruptura de la molécula, se presentan mecanismos posibles que pueden derivar en la producción de HCN (neutro o cargado) . Es también posible la obtención del ion C2H3+ a partir de una fragmentación por el aislamiento del enlace puente: carbono-carbono, similar a lo que ocurriría con otros iones intermedios. Sin embargo en este caso es necesario el enlace de un protón extra, con la adición del 1-propanol, hay un incremento significativo de este ion. Al insertar este compuesto en la cámara de interacción, se fragmenta en gran medida como C2H3+, dejando fuera la posibilidad de la formación de HCN+ Trabajo apoyado por DGAPA Proyectos PAPIIT IN104019 y PAPIIT IN223421 (1) Langmuir probe, optical, and mass characterization of a DC CO2–H2 plasma. Martinez el al Physics of Plasmas 27, 083501 (2020)

Influencia del tratamiento de pre-oxidación por plasma en el estudio de corrosión del cobre en la solución NaCl al 3.5%

En este trabajo de investigación, se analizó la influencia del tratamiento de pre-oxidación por plasma en el estudio de corrosión del cobre en la solución de NaCl al 3.5% a diferentes temperaturas. Se realizó pre-oxidación por plasma de baja presión a muestras de cobre a una presión de vacío de vacío 1〖x10〗^(-3)torr y presión de trabajo de 3.0torr . Se utilizaron las técnicas, curvas de polarización, impedancia electroquímica, resistencia a la polarización lineal, potencial de circuito abierto y Raman para evaluar el comportamiento del cobre con tratamiento de pre-oxidación y sin tratamiento a las siguientes temperaturas: 20° C, 40°C y 60° C. Los resultados muestran que el óxido protector preformado incrementa la capacidad protectora del material reduciendo considerablemente la velocidad de corrosión hasta en un 87%, pese a los defectos superficiales del óxido preformado, además este presentó un comportamiento de auto sellado por parte del óxido preformado. Palabras clave: Cobre, corrosión, tratamiento termoquímico, plasma, pre-oxidación.

Uso de la espectroscopia de emisión óptica en la caracterización de plasmas de Ar

Mediante la técnica no invasiva de espectroscopia de emisión óptica (OES) se determinó la temperatura electrónica de dos plasmas generados a base de Ar: Ar-CO y Ar-CO2. Así mismo se determinaron las densidades electrónicas relativas de los plasmas, además de las densidades de los niveles metaestables del Ar. Para ello, se utilizó el método propuesto por Mariotti en 2008 en el cual basta con considerar las intensidades relativas de 4 líneas de emisión del Ar. El desarrollo de dicho método se discute a detalle, mencionando adicionalmente su validez física así como sus limitaciones.

Efectos de tratamiento con plasma de oxígeno en membranas poliméricas cargadas con Felodipina

La felodipina es uno de los fármacos más utilizados para el tratamiento de la hipertensión, la cual es el principal factor de riesgo para sufrir una enfermedad cardiovascular y genera costos anuales a escala global en su tratamiento de $370 mil millones de dólares. El consumo de este medicamente causa inconvenientes tales como el olvido de las dosis hasta reacciones adversas como dolor de cabeza, bochornos, mareos o vértigo, debilidad, latidos rápidos del corazón, acidez estomacal, estreñimiento y agrandamiento del tejido de las encías alrededor de los dientes. Actualmente se pueden desarrollar sistemas de dosificación de fármacos mucho menos dañinos para los pacientes, entre los cuales los sistemas de membranas poliméricas pueden utilizarse como parches de liberación controlada de felodipina, los cuales tengan ventajas tales como biocompatibilidad y biodegradabilidad. Así mismo, el uso de plasma puede servir para controlar la liberación del fármaco, a través de la modificación de las características superficiales del biomaterial sin alteración de sus propiedades en bulto. Por todo lo anterior en este trabajo se fabricaron membranas de biopolímeros cargadas con felodipina, obtenidas por medio de electrohilado, y posteriormente se trataron con plasma de oxígeno. Se evaluaron: 1. Durante el tratamiento de plasma de oxígeno la liberación de componentes de la membrana, por medio de Espectroscopías de Emisión Óptica y de Masas; 2. Antes y después del plasma el efecto del tratamiento en el polímero y en la felodipina, por medio de Espectroscopías F-TIR y Raman; 3. El perfil de liberación de felodipina en una solución tampón de membranas tratadas y sin tratar con plasma, por medio de UV-Visible. Se concluyó que el plasma de oxígeno puede ser aplicado a membranas con felodipina sin que se produzcan alteraciones químicas contraproducentes y a la vez modular la dosificación del medicamento.

Técnica pulsada de Townsend para el estudio de moléculas de interés biológico

En las últimas dos décadas ha aumentado considerablemente el estudio de, cada vez más complejas, biomoléculas desde la perspectiva de la física teórica y experimental. Al mismo tiempo, cotidianamente se están desarrollado nuevas aplicaciones en las áreas biológicas y de la salud, que hacen uso de radiación ionizante, bioplasmas, o detección no invasiva entre muchas otras cuyo origen proviene de la conjunción de técnicas bien establecidas en el siglo XX de la física atómica, molecular y de plasmas. Estudios pioneros en el estudio de la fragmentación debida a fotones o iones energéticos de biomoléculas aisladas en la fase gaseosa [1] es solo un ejemplo de lo anterior. En este contexto, recientemente, se ha utilizado la bien establecida técnica pulsada de Townsend para el estudio de moléculas de interés biológico, como H2O, THF y THFa [2,3,4]. En esta platica se presenta la técnica de Townsend y sus actuales aplicaciones en el estudio de moléculas de interés biológico. Se reportan además los últimos estudios realizados por nuestro grupo y propuestas de nueva infraestructura en el laboratorio de plasmas de Baja Temperara del ICF [5]. Los autores agradecen el apoyo de los proyectos PAPIIT-UNAM IA 104520 y IN 118520. G Pérez agradece a CONACyT la beca de maestría otorgada. Agradecemos además el apoyo técnico de A Bustos, G Bustos y H Hinojosa. [1] S Bari, O Gonzalez-Magaña, et al. Journal of Chemical Physics 134 (2), 024314 [2] RD White, Daniel Cocks, et al., 2018 Plasma Sources Sci. Technol. 27 053001 [3] Peter W Stokes, Sean P Foster, et al., Journal of Chemical Physics 154 (8), 084306 [4] Luis Gerson Pérez Romero, Tesis de Maestría, UAEM 2021 [5] Alfonso Telles Zeferino, Tesis de Licenciatura, UAEM, 2020

Uso de capas de grafeno para mejorar la caracterización de materiales transparentes mediante espectroscopía de rompimiento inducido por láser

La técnica de espectroscopía de rompimiento inducido por láser (también conocida como LIBS: laser induced breakdown spectroscopy) usa láseres pulsados para evaporar capas superficiales de la muestra a analizar. Cuando la energía del láser supera el umbral de ablación del material, se forma un plasma que servirá como fuente de luz cuyo análisis espectroscópico permite la identificación de líneas espectrales y por lo tanto de los elementos que componen a la muestra. La utilidad de LIBS depende fuertemente de su sensibilidad, por lo que se han desarrollado varios métodos y variaciones de la misma para aumentar la intensidad de emisión. Entre estas técnicas está el uso de nanopartículas metálicas sobre la superficie a estudiar, si la muestra es dieléctrica y transparente (específicamente vidrio) el aumento de sensibilidad se debe a la transferencia de calor de las nanopartículas a la muestra. Este trabajo busca estudiar el uso de capas de grafeno sobre vidrios para mejorar la señal de emisión de LIBS de muestras transparentes. El grafeno muestra una absorción óptica casi constante en las regiones del visible e infrarojo, por lo que al irradiar la muestra con grafeno en su superficie éste absorbe la radiación incidente y consecuentemente facilita la formación del plasma. Utilizamos de 6 a 7 capas de grafeno considerando que una capa absorbe aproximadamente 2.3% de la radicación incidente a 500 nm. Los resultados muestran que el uso de grafeno aumenta la intensidad de emisión de líneas de diferentes elementos (Si, Na I, Na II, Al I, Al II, Mg I, Mg II, Ca II) en todo el rango estudiado (200 nm a 900 nm). Además, la preparación de la muestra es más simple y presenta menos complicaciones que con nanopartículas metálicas. Esta alternativa también resuelve la dificultad de uso LIBS en muestras transparentes, pues debido a su alto índice de refracción es necesario trabajar con irradiancias del láser altas que pueden provocar daños en la superficie y fracturas en el inter

Estudio preliminar de la dependencia espacial y temporal de la formación de iones negativos de N$_2$O generados con la técnica pulsada de Townsend

Con el uso de la técnica de fotodesprendimiento en el experimento pulsado de Townsend se midió la dependencia espacial y temporal de la formación de iones negativos de N$_2$O generados a un campo eléctrico reducido a la densidad, 16 Td (1 Td= 10$^{-17}$ V cm$^2$). Además, se reportan los parámetros de velocidad de arrastre electrónico y los coeficientes de ionización, captura y desprendimiento electrónico en N$_2$O en el intervalo de E/N entre 16 y 60 Td. $\\$En una cámara hermética, donde se encuentra un capacitor de placas metálicas paralelas conectadas a una fuente de alto voltaje, que contiene N$_2$O en la fase gaseosa a una presión constante; se emite un pulso de luz láser ultravioleta sobre el cátodo. Por el efecto fotoeléctrico, se desprenden electrones que derivan hacia el ánodo, los cuales son acelerados por medio del campo eléctrico aplicado entre ambas placas. Al colisionar los electrones con las moléculas del N$_2$O, se generan diversas especies iones, en particular negativos. Después de un corto intervalo de tiempo, entre cientos de ns y decenas de microsegundos, se emite un segundo pulso de luz láser (a 532nm o 1064 nm) en dirección paralela a las placas; este segundo pulso incide sobre los iones negativos, desprendiendo de algunos, según la densidad de energía, un electrón extra por fotodesprendimiento. $\\$ Se midieron las corrientes electrónicas debidas al fotodesprendimiento de iones negativos en diferentes tiempos de retardo entre los dos pulsos de luz emitidos por el láser y a varias distancias entre las placas del capacitor para observar la dependencia espacial y temporal de la formación de iones negativos de N$_2$O.$\\$ Agradecemos a A. Bustos Gómez, G. Bustos Maya y H. Hinojosa, por el apoyo y soporte técnico brindado en este trabajo. Investigación realizada gracias al Programa de Apoyo a Proyectos de Investigación e Innovación Tecnológica (PAPIIT) de la UNAM IA104520. F. Mora agradece a la DGAPA-UNAM la beca recibida.

Remoción del colorante rodamina b disuelto en agua mediante una descarga corona

Existen una gran variedad de colorantes usados en la industria, los colorantes orgánicos son considerados como un grupo de compuestos químicos que son una fuente creciente contaminación ambiental. Por lo tanto, su eliminación de las aguas residuales recibe gran atención por medio de diferentes procesos de tratamiento. Debido al gran número de anillos aromáticos presentes en las moléculas de los colorantes, se ha mostrado que el tratamiento biológico convencional no es efectivo para la degradación de estos compuestos. Trabajos recientes de investigaciones han demostrado la viabilidad de tratamiento de agua contaminada con colorantes mediante el uso de procesos avanzados de oxidación (PAO´s), destacando la interacción con plasmas. En el presente trabajo se estudia el proceso de mineralización del colorante Rodamina B [$C28H31N2O3Cl$, P.M: 479.02 g/mol, CAS:81-88-9, C.I:45170] mediante la interacción con una descarga eléctrica tipo Corona, utilizando limadura de hierro como catalizador en la solución. La remoción del colorante se analiza mediante los espectros de Absorción en el intervalo UV/Vis, el Carbono Orgánico Total (COT) y la Demanda Química de Oxigeno (DQO), además, se midió el pH y conductividad eléctrica. Los resultados muestran la eficiencia del proceso con porcentajes de mineralización mayores al 99% a 60 minutos de exposición, teniendo una disminución del pH y un aumento en la conductividad eléctrica, el costo eléctrico aproximado de 1 metro cubico de solución por Plasma seria de 3.2 USD. Los autores agradecen a los proyectos DGAPA IN102916, PRODEP DSA/103.5/15/6986, PROMEP 103.5/13/6626, PRODEP CA-5511-6/18-8304 y PII-43/PIDE/2013; CONACyT 268644; UAEM 4307/2017/CI.

Función de Green para el operador de Grad-Shafranov

El equilibrio magnetohidrodinámico de un plasma toroidal axisimétrico, tal como el de un tokamak o el "Reversed Field Pinch" es expresado por una ecuación diferencial elíptica para el flujo poloidal $\psi$, conocida como la ecuación de Grad-Shafranov. En coordenadas cilíndricas $(\rho, \varphi, z)$ se expresa como \begin{equation} \triangle^*\psi=\rho^2\nabla\cdot\left(\rho^{-2}\nabla\psi\right)= \rho\frac{\partial}{\partial\rho}\left(\frac{1}{\rho}\frac{\partial\psi}{\partial\rho}\right)+\frac{\partial^2\psi}{\partial z^2}=-\mu_0\rho j_\varphi \quad, \end{equation} en donde $\varphi$ es una coordenada ignorable, y $j_{\varphi}$ es la corriente en la dirección toroidal, la cual en el plasma es función de los perfiles de campo toroidal y de presión. En este trabajo se presenta la deducción de la función de Green $G(\mathbf{r};\mathbf{r'})$ que satisface \begin{equation} \triangle^*G(\mathbf{r};\mathbf{r'})=-\mu_0\rho\delta(\mathbf{r} - \mathbf{r'}) \quad. \end{equation} Si bien dicha función de Green es conocida y empleada en la solución del problema de frontera libre, su deducción, que consiste en encontrar el potencial vectorial de una corriente sobre una espira circular no es fácil de encontrar en la literatura, por lo que puede ser de interés para estudiantes de fusión nuclear.

Relación del transporte de impurezas con el campo eléctrico radial en un estelerador

La acumulación de impurezas (iones con cargas grandes) en máquinas de confinamiento magnético es un problema muy importante dado que estas influyen fuertemente en los tiempos de confinamiento tanto de partículas como de energía. A diferencia de los tokamaks, donde las impurezas por un proceso colisional tienden a irse hacia el centro del plasma, en los esteleradores además del proceso colisional se tiene otra fuente de transporte de impurezas que está relacionada con la anisotropía de la presión. La anisotropía de la presión es importante en los esteleradores ya que como en estas máquinas por la geometría del campo magnético no se tiene la condición de ambipolaridad, esta influye en el valor del campo eléctrico radial. El campo eléctrico radial negativo (raíz iónica) a su vez hace que las impurezas tiendan a irse hacia el centro del plasma. En este trabajo se analiza el transporte de impurezas en el límite colisional de Pfirsch-Schluter en la aproximación de momentos y se realizan algunas estimaciones respecto del plasma de borde en el estelerador TJ-II.

Aplicación de una plasma de Barrera Dieléctrica para la inactivación de bacterias

El consumo de alimentos preparados expuestos al ambiente es una actividad cotidiana en todo el mundo, estos pueden contener microorganismos como hongos y levaduras, además de mesófilos aerobios y coliformes, los cuáles indican fallas en la cadena de producción y contaminación fecal causando problemas de salud pública. La generación de plasmas, particularmente los de Descarga de Barrera Dieléctrica, por sus propiedades físicas, muestran alta eficiencia en la inactivación de los coliformes. Este trabajo muestra la identificación de coliformes positivas a Escherichia coli y Salmonella spp, en muestras de jugo de naranja colectadas de puestos ambulantes elegidos al azar. Las muestras de 200 mL fueron tratadas a tiempos de 2.5, 3.5, 5.0 y 6.0 minutos, observando que para mesófilos aeróbicos se redujo las unidades formadoras de colonias de 4.47 a 1.00 Log, los coliformes de 4.00 a 1.00 Log y las levaduras de 4.75 a 3.18 Log, sin presencia de hongos. Los valores de las variables de conductividad eléctrica, pH, temperatura, concentración de iones de hidrógeno, solidos solubles totales, acidez titulable e índice de madurez muestran que no existen cambios significativos en las propiedades del jugo, conservando sus características sensoriales, además haciendo uso de espectroscopia óptica de emisión se observan las partículas oxidantes responsables de la inactivación de las bacterias. Agradecemos a la Universidad Autónoma del Estado de México por su apoyo a través del proyecto 4744/2019CIB.

Efecto de la compresibilidad sobre islas magnéticas

En el presente trabajo se estudia el efecto que tiene la compresibilidad del flujo de iones sobre islas magnéticas resultantes del proceso de reconexión magnética por modos de desgarre. Se asume la frecuencia de colisiones en el régimen semi colisional en un marco de referencia en donde las islas magnéticas están en reposo. El análisis de la evolución de las islas magnéticas en el límite de ancho de isla mucho mayor que el radio de Larmor sónico, $W\gg \rho_{s}$, muestra que la compresibilidad es necesaria para tener en cuenta el efecto de la curvatura magnética.

Formación de Islas Magnéticas sobre Superficies de Flujo Magnético en un Plasma Cilíndrico

Con base en soluciones de equilibrio magnetohidrodinámico en un plasma cilíndrico, se estudian las características de las islas magnéticas que se forman sobre diferentes superficies racionales, y se observa el efecto de la curvatura. Como punto de partida se estudia el caso del campo libre de fuerzas, que reproduce parcialmente las características del campo en el centro del "Reversed Field Pinch". Adicionalmente, se exploran casos en los que las superficies de flujo se obtienen mediante integración numérica para perfiles de densidad de corriente y presión más generales.

Estudio de los límites de los parámetros de los perfiles de Solov'ev

En congresos anteriores se ha mostrado cómo las soluciones de Solov'ev al problema de condiciones a la frontera de la ecuación de Grad-Shafranov pueden reproducir algunas características de los equilibrios de plasmas en tokamaks. En este trabajo se identifica el papel que juegan tres conjuntos de parámetros: a) Los parámetros geométricos que determinan la frontera, b) Los parámetros característicos de un experimento, como son la corriente de plasma, el campo magnético en el radio mayor y el radio mayor, y c) Los parámetros que determinan los perfiles de Solov'ev. La contribución principal consiste en la exposición de cómo varían las superficies magnéticas, así como su topología en función de los parámetros de Solov'ev.

Identificación de mini tubos de flujo magnético a 1 UA relacionadas con incrementos de rayos cósmicos

Los tubos de flujo magnético (MFR, por sus siglas en inglés) son estructuras en las que la topología del campo magnético es helicoidal. En las observaciones in situ se distinguen como rotaciones suaves de una o varias de las componentes del campo magnético. En general, los MFR se han estudiado por su relación a estructuras de gran escala, como en el caso de las nubes magneticas asociadas a las eyecciones de masa coronal interplanetarias (ICME), que juegan un papel muy importante en el clima espacial. Sin embargo, en las mediciones in situ, se han observado que estas rotaciones pueden notarse en escalas temporales menores a los tiempos típicos de una ICME (cuyas rotaciones se observan con duraciones de ~días), es decir, que existen mini-tubos de flujo magnetico (mini-MFR), que además, pueden causar incrementos en el flujo de rayos cósmicos. En este trabajo, presentamos los resultados preliminares de una búsqueda de mini-MFR en los datos del viento solar medidos por la nave espacial Wind y su posible efecto en el flujo de rayos cósmicos observado en la Tierra proponiendo la identificación de mini-MFR, ajustando a las mediciones de las componentes del campo magnético, una configuración toroidal siguiendo la ecuación de equilibrio magnetohidrodinamico de Grad Shrafranov.