Plasmas inducidos por láser: un fantástico medio para la fabricación de nanomateriales y el análisis elemental de muestras

Los plasmas inducidos por láser han sido utilizados en las últimas décadas en una gran variedad de aplicaciones incluyendo la detección de contaminantes en múltiples medios, la conservación del patrimonio cultural o su uso como herramienta en el campo clínico, por mencionar algunas. En esta plática describiremos la formación de estos plasmas y su uso en la fabricación de materiales con dimensiones nanométricas y como técnica analítica para el análisis elemental de sustancias. Básicamente, el plasma se forma al concentrar un haz láser en un área pequeña para alcanzar una densidad de potencia del orden de 107-1010 W/cm2, valor que es fácilmente alcanzado con láseres pulsados en el rango de nanosegundos. Si el haz láser se enfoca sobre la superficie de un material sólido, se produce la evaporación local de sus capas superficiales y la formación de plasma cuya temperatura y densidad inicial son aproximadamente 10000-50000 K y 1019 cm-3, respectivamente. Este plasma contiene, además de electrones, átomos, iones, moléculas, agregados y partículas provenientes del material sólido, cuya dinámica de expansión depende del medio en que se realiza el experimento (líquido o gas). La detección del espectro de emisión óptica de estos plasmas permite la identificación de los elementos de la muestra irradiada. Como es fácil de implementar, este método se usa para la caracterización de muestras ya sea en laboratorio o en campo, incluso en condiciones extremas como el fondo del océano o en Marte. Por otro lado, cuando el experimento se produce en un medio a baja presión (cámara de vacío), el plasma que contiene átomos de la superficie irradiada puede servir como medio para transportar estos átomos a otra superficie, permitiendo así el depósito de nano-islas, nanopartículas y películas delgadas. Se mostrarán ejemplos de estas aplicaciones y se hará una revisión de los avances más significativos de la técnica.

Effect of material selection o the performance of hybrid fission-fusion systems for nuclear fuel breeding

According to the latest estimates, natural uranium reserves can sustain the current fleet of nuclear reactors for another 100 years, and any significant growth in nuclear generation capacity will only reduce that time horizon. Fast reactors hold the promise of extending the fuel reserves by creating their own fissile material while they burn it, but that has been found challenging as evidenced by the Phenix and Super-Phenix projects in France. The idea of using energetic fusion neutrons to perform the task of breeding fissile fuel has been floating around since the mid-1950s and has attracted fluctuating interest. In this talk, studies dealing with the efficiency of a fission-fusion hybrid based on a low aspect ratio tokamak as a neutron source will be presented. It is shown that the choice of materials for tritium breeding, neutron multiplication, and coolant are key in defining the performance of the system for breeding U-233 from T-232 fertile material. Results showing the effect of material selection on performance regarding PWR thermal reactor support ratio will be presented.

Cálculo del potencial eléctrico con un modelo de equilibrio local en el estelerador TJ-II*

La comparación de los coeficientes de transporte experimentales y teóricos es generalmente difícil, parcialmente debido a las incertidumbres en los perfiles de las fuentes de calor y partículas. Por otro lado, considerando que en los esteleradores los flujos neoclásicos no son intrínscamente ambipolares, los campos eléctricos y el potencial eléctrico ofrecen una singular oportunidad para la comparación entre la teoría y el experimento. En el caso particular del potencial eléctrico, tenemos que la deriva $\mathbf{E} \times \mathbf{B}$, por las colisiones entre los iones, hace que el potencial cambie en las superficies magnéticas. El efecto de la variación del potencial en las superficies magnéticas es muy importante en el cálculo de los flujos de partículas[1], en la sizalla por rotación del plasma[2] y en el control del transporte de impurezas[1, 3]. En este trabajo a partir del campo eléctrico radial calculado con en código DKES (donde el equilibrio MHD se calcula con el código VMEC), se calcula el potencial eléctrico con un modelo de equilibrio local[4]. Se comparan los resultados teóricos con los potenciales eléctricos experimentales obtenidos con el diagn\'ostico HIBP. *Trabajo financiado parcialmente por el OIEA (Contrato 22413) y CONACYT (Contrato A1-S-24157). [1] J. M. García-Regaña et al., Nucl. Fusion, 57, 056004 (2017). [2] R. E. Waltz et al., Phys. Plasmas, 6 4265 (1999). [3] A. Mollén et al., Plasma Phys. Control. Fusion, 60, 084001 (2018). [4] R. L. Miller et al., Phys. Plasmas, 5, 973 (1998).

Transporte Hamiltoniano turbulento en plasmas magnetizados con flujo

Se estudia el transporte de partículas prueba por la deriva $E\times B$ debido a un espectro infinito de ondas de deriva en dos dimensiones usando un enfoque Hamiltoniano, el cual puede ser reducido a un mapeo en 2D. Se incluyen efectos de radio finito de Larmor (RFL) tomando el giropromedio de las ecuaciones. Se considera la presencia de flujos de poloidales para poder estudiar la formacion de barreras de transporte que comunmente aparecen en plasmas de tokamak; en este caso el mapeo debe ser de 2 pasos. Para amplitudes de onda $A$ grandes se tiene una transición al caos y las barreras se destruyen. Los efectos de RFL tienden a restaurar la barrera, lo que implica que las partículas rápidas cuyo radio de Larmor es grande están mejor confinadas. Para una distribución térmica de RFL, la PDF es no-Gaussiana mientras que el transporte sigue siendo difusivo cuando no hay flujos, Sin embargo en la dirección del flujo se vuelve balístico cuando éste es suficentemente fuerte. Para un flujo que varía linealmente con el radio $r$ se obtiene un transporte balístico puesto que la magnitud del flujo aumenta sin límite al aumentar $r$. Pero si se acota su valor se vuelve subbalístico. Se analizan las oscilaciones del coeficiente de difusión con $A$ analítica y numéricamente. Finalmente se estudia la estabilidad de las barreras de transporte para flujos zonales y monótonos.

Hybrid simulations of edge plasma blobs and 3D filaments in fusion like plasmas

We present simulations of plasma blobs and filaments, in 2D/3D slab geometry, using a hybrid model of plasmas. Treating ions as particles evolving under the action of Lorentz’s force, moving in both space and velocity coordinates, describing the physics for $w<w_ci$ and reducing the costs of full PIC simulation. By treating electrons as a massless charge-neutralizing fluid, in this scheme, Maxwell’s equations are combined with the electron momentum equation into a generalized Ohm’s law in the limit where electron mass is neglected (Darwin’s limit), the unstable growth of ‘whistlers’ modes is numerically damped. Understanding Edge tokamak plasma instabilities are highly desirable since they are responsible for releasing energy, momentum, and particles towards the walls blankets and the machine divertor. These nonlinear phenomena are characterized for its localization in space, even extending all around the torus in filament-like structures. Filaments are plasma density inhomogeneities visible at the edge of plasmas in toroidal experiments and other solar and astrophysical plasmas. Nonetheless, in most laboratory plasmas they have been observed and measured presenting rapid unstable growth with time scales not yet fully understand. Moreover, mechanisms for its origin, dynamics, and evolution times are not fully explained. Hence, we have run a series of 2d and 3d simulations taking advantage of ion-particle scales and furthermore the dynamics in longitudinal direction novel of 3d simulations. Compared with previous calculations of 2d blobs implemented by Gingell et al. (2012), we observed better conservation of fluid-like behavior and improved stability of the blob for longer time periods, typical of MHD simulations. We also performed 3D simulations of filaments in our local slab geometry, showing they are stable for much longer times than previously reported for 2d simulations, and also we do not observe rapid evolution of unstable kinetic instabilities along the filament, which is expected given the negligible magnetic field gradients and curvature inside the filament structure.

Análisis de estabilidad lineal de un plasma axisimétrico con rotación toroidal difusa

Los plasmas confinados magnéticamente pueden mostrar flujos toroidales significativos. En consecuencia, las propiedades MHD de los plasmas en rotación han sido objeto de un amplio trabajo teórico. En este trabajo, estudiamos los efectos de la cizalladura del flujo toroidal en la estabilidad de los modos externos n=1 con paredes ideales. El análisis se basa en un equilibrio para un plasma con beta alta y con perfiles difusos tanto para el factor de seguridad, como para la frecuencia angular toroidal. Para un plasma con razón de aspecto grande y una sección transversal circular, se ilustra que una cizalladura magnética positiva tiene una influencia estabilizadora; así mismo, se muestra que la cizalla del flujo puede inducir una variación en la posición de la pared para la estabilidad marginal del mismo orden de magnitud que aquella inducida por un plasma que posee una frecuencia angular rígida comparable.

Control y reconstrucción en tiempo real de la posición del plasma en ISTTOK

ISTTOK es un tokamak de razón de aspecto grande (IPFN-IST, Lisboa, Portugal) el cual ha estado en operación por 30 años, en los cuales se ha mantenido en constante actualización de diagnósticos y sistemas de adquisición de datos (radio mayor y menor $R= 46 \, cm$, $a= 8.5 \, cm$ respectivamente). Una de las principales características de ISTTOK es que debido a la flexibilidad de las fuentes de alimentación es posible realizar descargas en AC que permiten la rápida inversión de la corriente de plasma mientras se mantiene una densidad de plasma finita entre los consecutivos flat-tops. Las inversiones de corriente permiten lograr una descarga de plasma mucho más larga en comparación con la operación en single-mode la cual está limitada a la saturación del núcleo de hierro central, la duración del plasma es de aproximadamente 1~s con falt-tops positivos y negativos de $\approx 25~ms$. Este trabajo se centra en gran parte en los diagnósticos magnéticos o bobinas de Mirnov ya que son los responsables de recuperar las señales necesarias para reconstruir la posición del centroide de la columna y la corriente de plasma, en conjunto con el estudio de las bobinas de campo poloidal, las cuales son alimentadas independientemente a través de re-alimentación controlada y son responsables tanto de generar la corriente del plasma como de controlar la posición del centroide vertical y horizontal. La reciente implementación de integradores digitales en las tarjetas de adquisición las cuales basan su arquitectura de hardware en el standard ATCA por sus siglas en inglés (Advanced Telecommunications Computing Architecture) ha permito desarrollar nuevos algoritmos dentro del marco de tiempo real usado en ISTTOK, llamado MARTe por sus siglas en inglés Multi-threaded Application Real-Time executor. Estos algoritmos son básicamente la reconstrucción de la posición vertical y horizontal del centroide de plasma basado en un modelo de multi-filamentos y controladores activos para la posicionar el centroide de plasma en tiempo real en una dada referencia. Este trabajo ahonda en la forma en que ISTTOK opera desde la descripción de sus diagnósticos, el método usado para la reconstrucción del centroide del plasma y el control en tiempo real de la posición de éste así como los resultados experimentales obtenidos de la implementación de ellos.

Propiedades de la ablación de un blanco de aluminio a temperaturas criogénicas

Presentamos la caracterización de un plasma de ablación producido por un láser pulsado Nd:YAG de nanosegundos enfocado sobre un blanco de aluminio. La muestra está dentro de una cámara de vacío y es enfriada por medio de un refrigerador de helio en el intervalo 20-293 K. Experimentos previos llevados a cabo por integrantes del grupo demostraron que a altas temperaturas (de hasta 500° C) la intensidad de las líneas emitidas crecía con la temperatura de la muestra [1]. En el presente trabajo se encuentra que la intensidad de las líneas emitidas es máxima a temperaturas del blanco en el intervalo 150-250 K. También se encontró que la temperatura electrónica es máxima a las más bajas temperaturas del blanco empleadas (~20 K) y decrece conforme se calienta el blanco. Estos resultados parecen, a primera vista, sorprendentes ya que la intensidad de las líneas es proporcional a la temperatura del plasma y ésta debería estar en correspondencia con la temperatura de la muestra. Nuestros cálculos de la interacción láser-superficie vía la ecuación de transporte de calor, antes de la ignición del plasma, muestran que debido a las propiedades físicas del aluminio, el calentamiento de la superficie aumenta conforme decrece su temperatura. Este calentamiento inicial de la muestra a bajas temperaturas se refleja en un plasma inicial más caliente y menos denso. Finalmente, se encuentra que la intensidad del continuo de la radiación es dependiente de la temperatura del blanco y su distribución corresponde a la de un cuerpo negro. Referencias [1] E. Alvarez-Zauco R. Sanginés, H. Sobral, Applied Physics B 108 (2012) 867–873.

Interacción de partículas cargadas de alta energía con cuerdas de flujo magnético en el medio interplanetario

En el medio interplanetario viajan cuerdas de flujo magnético conocidas como nubes magnéticas (NM) que son expulsadas del Sol con velocidades que van desde unos cientos hasta unos miles de km/s y con una frecuencia que depende del ciclo solar, siendo muy pocas por año durante el mínimo solar hasta varias por día durante el máximo. Las cuerdas de flujo o nubes magnéticas se expanden rápidamente y su sección transversal puede llegar a medir media unidad astronómica a ala altura de la Tierra. La estructura helicoidal del campo magnético dentro delas NM desvía a las partículas cargadas relativistas que componen flujo de rayos cósmicos galácticos (RCG) originando anisotropias que pueden ser observadas por los detectores de RCG en la Tierra. En este trabajo presentamos los resultados preliminares del análisis del efecto de la rotación del campo magnético sobre el flujo de RCG cuando una NM pasa cerca de la Tierra. Analizando 54 eventos registrados tanto por la nave WIND en el medio interplanetario como por la red de monitores de neutrones en la superficie terrestre, encontramos una importante relación entre la rotación del campo de la NM y los cambios en el flujo de RCG.

Magnetosheath Jets and Plasmoids: Characteristics and formation mechanisms from hybrid simulations

Magnetosheath jets and plasmoids are very common phenomena downstream of Earth's quasi-parallel bow shock. Since the increase of the dynamic pressure is one of the principal characteristics of magnetosheath jets, the embedded paramagnetic plasmoids have been considered as an special case of the former. Although the properties of both types of structures have been widely studied during the last twenty years, their formation mechanisms have not been examined thoroughly. In this work we perform a 2D local hybrid simulation (kinetic ions - fluid electrons) of a quasi-parallel ($\theta_{Bn}=$ 15$^\circ$), supercritical (M$_A$= 7) collisionless shock in order to study these mechanisms. Specifically, we analyze the formation of one jet and one plasmoid, showing for the first time that they can be produced by different formation mechanisms at the shock interface. In our simulation, the magnetosheath jet is formed according to the mechanism proposed by Hietala et al. 2009, where at the shock ripple the upstream solar wind suffers locally less deceleration and the flow is focused in the downstream side producing a compressed and high-velocity region that leads to an increase of dynamic pressure downstream of the shock. The formation of the plasmoid however follows a completely new scenario being generated by magnetic reconnection between two plasma layers at the shock transition region.

Alcances de la tecnología de plasma fuera de equilibrio en la inactivación de virus

La radiación ultravioleta (UV) y las especies reactivas de Oxígeno y/o de Nitrógeno (ROS y/o RNS) que se generan en el plasma, proporcionan las propiedades antimicrobianas para la inactivación de varios microorganismos patógenos. Los rayos UV pueden dañar los ácidos nucleicos, mientras que las especies pueden oxidar los ácidos nucleicos, las proteínas y los lípidos, con diferentes afinidades que dependen de la especie. Las especies reactivas generadas por el plasma frio, (ROS, RNS, radicales energéticos), especialmente el oxígeno singlete (1O2), inactivan eficientemente diferentes tipos de virus, al deteriorar la cápside (estructura que envuelve el genoma y el ácido nucleico –DNA); por lo que, tanto el ácido nucleico como las proteínas son dañadas, causando posteriormente la muerte del virus. El objetivo del presente trabajo es el de mostrar un panorama de la tecnología de plasma usada actualmente para tratar virus, además de discutir los resultados de un modelo cinético del que nos apoyaremos para mostrar las mejores condiciones de producción de los compuestos clave en la desactivación de virus. Para dicho modelo se consideran la composición de la mezcla de gases y el valor de campo eléctrico reducido (E/N) en la cabeza y columna de la descarga de plasma.

Estudio de la evolución e interacción de especies involucradas en plasmas por ablación con láser de Au y magnetron sputtering de ZnO, por OES y sonda triple de Langmuir

Las técnicas híbridas (plasma por ablación láser y magnetron sputtering) se han utilizado desde la década de 1990’s para el depósito de películas delgadas. Sin embargo, pocos documentos informan la dinámica de los plasmas generados por el proceso híbrido. Una caracterización de la dinámica del plasma y los parámetros del plasma durante la deposición de película delgada ayuda a comprender los mecanismos de crecimiento y mejora el control y la reproducibilidad del proceso. Nuestro objetivo es caracterizar, mediante espectroscopia de emisión óptica (OES) y sonda triple de Langmuir (TLP), la dinámica de ambos plasmas. Las mediciones realizadas por OES nos permitieron registrar perfiles temporales de la emisión de átomos neutros e iones. Mientras que por TLP nos permite estudiar el plasma a mayores distancias que OES, y medir distribuciones de plasma que no emiten, y que por este motivo OES no es capaz de detectar. Se presentaran resultados de la evolución e interacción de las especies del plasma en atmósferas de alto vacío, con un gas de fondo (Argón) y la combinación de plasma hibrido. Se observa la evidencia de un re-sputtering y/o rebote de la pluma de plasma por ablación láser en presencia de una barrera física, en vacío y un gas de fondo pero se mitiga en el plasma hibrido, este resultado explica resultados previos en depósitos de películas delgadas. Este trabajo fue apoyado por los proyectos DGAPA-UNAM-IG100418-PAPIIT, CONACyT-INFR 280635 y FONCICYT-CONACyT-CNR-278094. M. Martínez-Fuentes y O. Depablos-Rivera agradecen a DGAPA-CIC-UNAM.

Simulaciones numéricas de viento solar y eyecciones de masa coronal: una nueva herramienta del Laboratorio Nacional de Clima Espacial (LANCE)

La forma en que interactúan el Sol y la Tierra es mediante el viento solar y las eyecciones de masa coronal (EMC). Las EMC por lo general surgen de las fulguraciones solares y se entienden como una liberación de plasma de la corona solar. Cuando las EMC interactúan con el campo magnético terrestre pueden generar tormentas geomagnéticas, las cuales a su vez pueden dañar a los circuitos eléctricos, los transformadores y los sistemas de comunicación. Por estos motivos, el Laboratorio Nacional de Clima Espacial (LANCE), tiene entre sus objetivos el desarrollo de herramientas numéricas propias que inicialmente ayuden a explicar la compleja interacción entre el viento solar y las EMC. En este trabajo presentamos algunos modelos simples y complejos de simulaciones numéricas del viento solar y EMC en 1D, 2D y 3D usando coordenadas esféricas. Para llevar a cabo las simulaciones, usamos el código PLUTO, el cual resuelve las ecuaciones de la magnetohidrodinámica ideal, considerando que tanto el viento solar y las EMC son plasmas completamente ionizados. El objetivo final de este trabajo, es que a mediano y largo plazo el LANCE cuente con una herramienta capaz de predecir las afectaciones que producen las corrientes de viento solar y las EMC sobre nuestro territorio nacional y en general sobre la Tierra.

Campos de Beltrami

Una función $\mathbf{B}$ que satisface la ecuación $\operatorname{rot} \mathbf{B} + \lambda \mathbf{B}=0$, donde $\lambda$ es una función escalar de tres variables, es llamada campo de Beltrami, este tipo de funciones aparecen en Física de plasmas, en Mécanica de Fluidos etc. En este trabajo encontraremos una manera de encontrar tales campos y representarlos en forma de serie de la forma $\sum_{j=0}^{\infty}\varphi_j(x)y^jz^j$ do, cuando $\lambda(x)$ solo depende de una variable usando operadores de transmutación y funciones monogénicas en los bicuaternios $\mathbb{H}(\mathbb{C})$, aún mas se mostrará que toda Campo de Beltrami se puede aproximar mediante este método.

Estudio del movimiento de iones negativos estables de THF en campos eléctricos homogéneos

El Tetrahidrofurano (THF, $C_4$ $H_8$ $O$) es una molécula orgánica que, en su fase gaseosa, se utiliza para modelar la interacción de electrones con la 2-Desoxirribosa, una molécula presente en el ADN. Nuestro estudio de esta interacción se lleva a cabo mediante la Técnica Pulsada de Townsend (TPT), que nos permite obtener parámetros de ionización y transporte de iones y electrones, entre otros. En un régimen de baja energía, en el que los campos eléctricos son muy débiles, se ha observado la formación de iones negativos estables subsecuentes a un proceso de captura electrónica. Se presentarán las mediciones de la velocidad de arrastre iónica en función de la presión. Se agradece al CONACyT la beca de maestría otorgada a G.Pérez, y la asistencia técnica de G. Bustos, A. Bustos y H. Hinojosa. Este trabajo ha sido apoyado por el Proyecto PAPIIT IN118520

Effect of plasma geometry on the fissile material breeding efficiency for a fusion-fission hybrid

Hybrid nuclear fusion-fission concepts based on tokamaks started to appear appeared in the 1970s, and the original concept is attributed to Hans Bethe. The basic idea is to produce fissile material by using a combination of a fusion neutron source and a fission blankety initially loaded with fertile material, such as Th-232 or U-238. The neutrons are generated via the nuclear fusion reaction within a spherical tokamak which is surrounded by annular arrays of standard LWR fuel assemblies loaded with fertile material. The energetic neutrons bombard the Thorium blanket and produce fissile material. The codes MCNP (for calculation of neutron flux) and ORIGEN (for nuclear reaction kinetics) are used for estimating the fissile material production rate, as well as the tritium production rate. An intercomunication layer for transferring data between input and output files of these two codes allow the simulation of long irradiation cycles that produce the fissile material ion the assemblies. In this particular study, the effect in the fissile and tritium breeding rates of changes in the overall plasma geometry parameters (minor radius, major radius and elongation) are studied. The power level is kept constant as the plasma volume changes to allow for direct comparison of breeding rates.

Ajuste del espectro de potencias de fuentes de centelleo interplanetario a 140 MHz para la estimación de velocidades del plasma solar

En este trabajo se realizó el análisis espectral de el cuásar 3C048 detectado por el radiotelescopio MEXART (lat. 19°48’N, long. 101°41’O). Para ello se realizó un ajuste polinomial al espectro de potencias obtenido mediante la transformada de Fourier; se utilizó el error cuadrático medio para determinar el grado del polinomio que mejor se ajusta al espectro. Para la estimación de las velocidades se consideró obtener los dos primeros mínimos del polinomio ajustado, para identificar sus frecuencias y asociar un error entre ambos cálculos, atribuido a su vez a la velocidad. Para comprobar la viabilidad de los resultados de este método se compararon con las velocidades obtenidas bajo la metodología del radiotelescopio MEXART.

Plasma Jet aplicado en la desinfección de materiales

La creciente necesidad de métodos eficientes para la desinfección de instrumental clínico y superficies propone un panorama en el cual es necesario considerar además de la calidad de desinfección, el impacto ambiental y el costo-beneficio de su aplicación en grandes cantidades, tal es el caso de la actual pandemia de coronavirus SARS-CoV-2 responsable del COVID-19 que ha estado afectando especialmente a la población mexicana. Algunos de los métodos de desinfección actualmente utilizados como los químicos o de irradiación han presentado inconvenientes al ser utilizados en intervalos extensos, limitados por las dimensiones del área de uso, causando un efecto negativo al medio ambiente y en consecuencia al ser humano. En contraste, la aplicación de plasmas atmosféricos para la desinfección presenta diversos beneficios al no formar residuos nocivos, tener buen manejo para fines clínicos y generarse a temperatura ambiente. Estos tipos de plasmas se caracterizan por la producción de especies reactivas de Oxígeno, Nitrógeno y radicales libres •OH, que, al interaccionar con los virus y bacterias provocan procesos de oxidación capaces de romper las membranas celulares. En este sentido, el plasma Jet diseñado en el Laboratorio de Física Avanzada de la Universidad Autónoma del Estado de México se forma mediante una Descarga de Barrera Dieléctrica (DBD), usando como configuración un tubo de cuarzo el cual contiene un electrodo central de tungsteno conectado a una fuente pulsada aplicando 5 kV-12.4 kHz; el tubo es rodeado por un anillo de aluminio conectado a tierra física (GND). Para generar la descarga se utiliza He como gas de arrastre. Agradecimientos. A J. C. Palomares por su asistencia técnica, PRODEP DSA/103.5/15/6986, PRODEP CA-5511-6/18-8304, PROMEP 103.5/13/6626, PII-43/PIDE/2013 UAEM, IN102916, CONACyT 268644, UAEM 4307/2017/CI, Beca CONACYT de estudios de posgrado Maestría en Ciencias CVU 963501.

Amplificación de intensidad de Espectroscopia de Rompimiento Inducido por Láser (LIBS) incrementando la absorción del objetivo

Hay diversas técnicas para producir amplificación de intensidad de Espectroscopia de Rompimiento Inducido por Láser (LIBS), algunas más sencillas que otras, pero particularmente el uso de materiales que aumentan la absorción de la luz ha demostrado su eficiencia. Ligado a este tema, una amplificación LIBS significativa fue obtenida por la deposición de nanopartículas (NPs) en la superficie de la muestra en cuestión [1-3]. Nuestro objetivo para incrementar la absorción de la radiación incidente a muestras metálicas es agregando líquidos absorbentes. A diferencia de trabajar con muestras que son total o parcialmente transparentes, tales como vidrio cubierto con oro, los metales reflejan parte de la energía incidente de los pulsos láser y nada es transmitido. Se midió la emisión LIBS de diferentes superficies de aluminio (Al) encontrando tres variables experimentales significativas que afectan los resultados: el tamaño de la gota, la rugosidad de la superficie y la absorbancia de la superficie. La rugosidad de las muestras fue estudiada por diferentes tratamientos de raspado con un perfilómetro óptico encontrando la mejor rugosidad por uniformidad media. El tamaño de la gota fue variado usando diferentes volúmenes desde 5µl a 20 µl; la geometría de la gota igual fue analizada. Para analizar la absorbancia del líquido en las gotas se utilizó Rodamina 6G debido a su alto espectro de absorción en el rango de 500nm. Siendo esta longitud de onda idónea para el uso del láser en el 2do armónico (532nm). Obtuvimos el triple de amplificación de la intensidad LIBS usando gotas de Rodamina 6G en comparación a irradiar el Al solo. Las condiciones para alcanzar esta amplificación serán descritas junto con el comportamiento de la gota a microescala y los resultados usando diferentes líquidos. Referencias [1] A. De Giacomo, M. Dell'Aglio, R. Gaudiuso, C. Koral, G. Valenza, Perspective on the use of nanoparticles to improve LIBS analytical performance: nanoparticle enhanced laser induced breakdown spectroscopy (NELIBS), J. Anal. At. Spectrom. 31 (2016) 1566–1573. dx.doi.org/10.1021/ac4016165 [2] C. Koral, M. Dell'Aglio, R. Gaudiuso, R. Alrifai, M. Torelli, A. De Giacomo, Nanoparticle-enhanced laser induced breakdown spectroscopy for the noninvasive analysis of transparent samples and gemstones, Talanta 182 (2018) 253–258. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2018.02.001 [3] C. Sánchez-Aké, T. García-Fernández, J. L. Benítez, M. B. de la Mora, M. Villagrán-Muniz, Intensity enhancement of LIBS of glass by using Au thin films and nanoparticles, Spectrochimica. Acta Part B 146 (2018) 77-83. https://doi.org/10.1016/j.sab.2018.05.007

Estudio de plasmas inducidos por pulsos láser a través de señales eléctricas

Los plasmas inducidos por láser en aire han sido caracterizados mediante el estudio de señales eléctricas producidas por la perturbación que provoca entre las placas de un capacitor y se mide como una señal de voltaje en una resistencia conectada a la placa de tierra [1]. Esta señal eléctrica permite estudiar el comportamiento del plasma en el espacio y en el tiempo, así como procesos físicos asociados al mismo. En el estudio se variaron la energía de los pulsos del láser, la distancia entre las placas del capacitor, así como su posición relativa a la posición del plasma y el valor de la tensión. Se encontró una relación que vincula la tensión aplicada a las placas y la energía de los pulsos del láser. Aunque se necesitan más estudios, la técnica utilizada es prometedora para aplicarse para estudiar parámetros del láser y sus efectos en los plasmas que produce. [1] F. Bredice, et. al, IEEE Transactionson Plasma Science, Vol.30, No.6, pp.2139-43 (2002).

Amplificación en la intensidad de emisión de la espectroscopia de rompimiento inducida por láser (LIBS) del vidrio cubierto con grafito

La espectroscopia de rompimiento inducida por láser (LIBS) es una técnica de espectroscopia de emisión atómica (AES) de análisis elemental, que utiliza un plasma inducido por láser (LIP) como fuente de emisión. Esta técnica se ha mejorado mediante el aumento de la intensidad de emisión modificando diferentes características o parámetros y agregando algún material sobre la superficie de la muestra a estudiar. En particular, se ha obtenido mediante la amplificación de espectroscopía de rompimiento inducida por láser usando nanopartículas (NELIBS) [1]. La cual se ha utilizado para analizar muestras transparentes, piedras preciosas y vidrio [2,3]. Recientemente, esto se logró en vidrio mediante el uso de capas de grafeno [4] en lugar de nanopartículas, pero la síntesis de grafeno no es fácil. Por lo tanto, realizamos varias pruebas con productos a base de grafito para aumentar la absorción. Comenzando con el polvo de grafito, vimos la amplificación de LIBS, sin embargo, no era un método cuantificable ya que la onda de choque del plasma inducido por láser dispersó el polvo. En segundo lugar, con capas delgadas de pintura de grafito, vimos la amplificación nuevamente, pero el vidrio se dañó en el centro debido a la distribución de energía gaussiana del rayo láser. En tercer lugar, implementamos una forma diferente de cubrir el vidrio, esta vez con pequeños puntos de pintura para evitar el daño, lo cual fue exitoso, pero no reproducible de acuerdo con las herramientas en el laboratorio. Finalmente, usamos tiras de papel de grafito que aseguran el mismo grosor de la capa absorbente y densidades constantes de energía. Como podemos ver en la figura, utilizamos dos tipos diferentes de papeles de grafito (viejo y nuevo) y logramos una mejor amplificación con papel de grafito viejo que con uno nuevo. El uso de papel de grafito es una opción promisoria respecto de los otros productos basados en grafito para analizar materiales transparentes por LIBS.

Observación y estudio de avalanchas electrónicas producidas por la multifotoionización de oxígeno molecular utilizando la técnica pulsada de Townsend

Se reporta la primera observación de la formación de avalanchas electrónicas generadas por la multifotoinización de oxígeno molecular (O$_2$) en la técnica de Townsend. Recientemente, en el laboratorio de Plasmas de Baja Temperatura del ICF de la UNAM, se construyó una cámara de Townsend para el estudio de la formación y fotodesprendimiento de iones negativos en gases débilmente ionizados. La técnica de Townsend se basa en la medición y análisis de la corriente de desplazamiento generada en el seno de un gas confinado entre dos electrodos circulares que forman un capacitor de placas paralelas. Con ayuda de un pulso láser en el UV (Nd:YAG, 355nm, 3ns, 10mJ) que incide sobre el cátodo del capacitor, se forma una nube de electrones por efecto fotoeléctrico que se desplazan a través de un campo eléctrico homogéneo generado entre las placas del capacitor. Dependiendo de las propiedades del gas, de la densidad N de éste al interior de la cámara y de la magnitud del campo eléctrico E, se generará ionización o captura electrónica y la posterior formación de iones positivos o negativos. En particular, para el caso de O$_2$, y a valores relativamente pequeños del parámetro de Townsend E/N domina la captura electrónica y la formación de iones negativos. Para estudiar el fotodesprendimiento de estos iones negativos se utiliza un segundo pulso láser sintonizable (210- 2000 nm), disparado en la dirección transversal a la del desplazamiento de los iones, provocando el desprendimiento del electrón capturado por el ion negativo y la formación de una nueva corriente de desplazamiento que puede ser fácilmente detectada por la técnica de Townsend. Mientras se realizaban las mediciones de fotodesprendimiento se observó que se forman avalanchas electrónicas producidas por la ionización del gas al utilizar el segundo pulso láser intenso de fotodesprendimiento a 266nm y 355nm, y esto aún en ausencia del primer pulso láser. Esto es una clara indicación de multifotoionización en el seno del gas O$_2$, aún cuando el segundo pulso de 6mm de diámetro no está enfocado. Para comprobar las características de esta nueva avalancha, se midieron sus parámetros de ionización y transporte, disparando el segundo pulso multifotoionizador a la mitad de la separación entre placas (1.5 cm desde el cátodo). Se midieron y analizaron la velocidad de arrastre electrónico, Ve, y el coeficiente de ionización efectiva $\alpha _{eff}$ que se comparan bien con los medidos por el método pulsado de Townsend “convencional”. Los datos medidos de Ve coinciden bastante bien con los reportados previamente. Finalmente, en el trabajo se discuten las consecuencias de este efecto para el diagnóstico de plasmas asistido por láseres y también para fuentes de iones y electrones. Los autores agradecen el apoyo de los proyectos PAPIIT-UNAM IA 104520 y IN 118520, y CONACyT proyecto 240073. Agradecemos el apoyo técnico de A Bustos, G Bustos y H Hinojosa.

Implementación de un sistema de generación de tiempos de retardo para láseres pulsados en un experimento de fotodesprendimiento

En el laboratorio de Plasmas de Baja Temperatura del ICF-UNAM se estudian las propiedades de iones negativos en el seno de un gas débilmente ionizado. Dichos estudios son de suma importancia para la simulación y modelaje de plasmas de baja temperatura usados en aplicaciones tecnológicas. En particular, se realizan estudios sobre el fotodesprendimiento de iones negativos. Para realizar el experimento se utilizan dos sistemas láser pulsados del tipo Nd:Yag (1064nm, 0.4 J, 3ns) sucedidos cada uno por generadores de armónicos para su uso en el visible (532 nm) y el ultravioleta ( 355 y 266 nm). El primer pulso láser de UV incide sobre el cátodo de un capacitor de placas paralelas entre las cuales hay una diferencia de potencial constante, y por efecto fotoeléctrico se forma una nube de electrones que se desplazan en el seno del gas electronegativo. Algunos de estos electrones son capturados por las moléculas del gas, formándose los iones negativos. Cierto tiempo después, en el intervalo de 50 ns a decenas de microsegundos, se dispara un segundo láser para iluminar transversalmente la columna de iones negativos, provocando el fotodesprendimiento del electrón capturado. Se utiliza la técnica de Townsend para medir la corriente de desplazamiento generada entre las placas y la presencia de la nueva señal debida al fotodesprendimiento debido al segundo láser. La formación y presencia de iones negativos en la descarga es función de la posición entre placas y del tiempo transcurrido desde el disparo del primer láser. Para estudiar la densidad de iones negativos en el gas, es necesario sincronizar con precisión los dos láseres. En este trabajo se reporta el desarrollo de una interfaz de usuario mediante LabVIEW para controlar un generador de pulsos con un sistema de retardos que alcanza una precisión de nanosegundos. Este sistema permite el control semiautomático del experimento de fotodesprendimiento, y controla el retardo en el disparo de los dos láseres en tres modos de operación: retardo constante, incremento constante de retardo e incremento variable del retardo definido en una tabla de retardos configurada previamente por el usuario. La interfaz del usuario es mostrada en el monitor como una serie de indicadores y controles. Los indicadores son un instrumento de monitoreo que corrigen en caso de ser necesario los parámetros relevantes, tales como la anchura del pulso de disparo, el modo de operación o el voltaje de salida en cada canal. Por otro lado, los controles tienen la función de seleccionar el modo de operación del generador, adaptándose a la necesidad del usuario. El sistema en conjunto tiene el propósito de ser un controlador externo que sincronice y retarde el disparo entre dos láseres pulsados de potencia utilizados en experimentos de Townsend. El sistema se ha implementado ya y funciona exitosamente. Los autores agradecen el apoyo de los proyectos PAPIIT-UNAM IA 104520, PAPIME PE 108518 y PAPIIT-UNAM IN 118520.

Renovación del tubo de deriva del ICF-UNAM para la medición de movilidades iónicas en gases. Primera fase: diseño mecánico y simulación

El estudio e identificación de iones en medios gaseosos es muy importante para el desarrollo de nuevas tecnologías. Las técnicas de espectrometría de movilidad iónica han trascendido en el tiempo como una forma precisa de detección de iones, y entre estas últimas sobresale el aparato llamado tubo de deriva. Uno de estos dispositivos estaba ubicado en el laboratorio de Plasmas de Baja Temperatura (PBT) del ICF-UNAM. Este trabajo presenta el diseño mecánico y simulación estática de la estructura y componentes del interior de un nuevo tubo de deriva para el laboratorio de PBT. El diseño del tubo de deriva consiste en dos estructuras, una fija y otra móvil (donde se desplazan los anillos de guarda). La separación entre la fuente de iones y el sistema de detección puede variarse, lo que permite medir apropiadamente la movilidad de las especies iónicas estudiadas. En esta primera fase de construcción es importante contar con estudios mecánicos fiables lograr un buen diseño. Es por ello que se realizaron estudios de las tensiones, deformaciones y desplazamientos que sufre cada pieza a causa de una fuerza o agente externo. Se realizaron además simulaciones del campo eléctricos producido por los anillos de guarda en la sección central del tubo de arrastre para garantizar la homogeneidad éstos. El tubo de deriva consta de tres secciones: a) fuente de iones, que es la sección donde la incidencia transversal de un pulso láser en el UV (Nd:YAG, 355nm, 5ns) atraviesa la cámara y uno de los anillos de guarda para la generar iones por multifotoionización. ; b) tubo de arrastre, ¨que es la sección intermedia que cuenta con una serie de 13 anillos metálicos de guarda montados a una estructura móvil y que están conectados entre vecinos por una diferencia de potencial constante mediante un divisor de voltaje formado por 13 resistencias para la generación de un campo eléctrico homogéneo con el propósito de mover a los iones antes creados c) la zona de detección, a la cual arriban los iones a un electrodo receptor y cuya corriente se mide para ser interpretada posteriormente. A la fecha se ha concluido con la totalidad de la simulación mecánica y eléctrica del nuevo tubo de deriva, convirtiéndolo en una versión más compacta y funcional. Los autores agradecen el apoyo de los proyectos PAPIIT-UNAM IA 104520, PAPIME PE 108518 y PAPIIT-UNAM IN 118520. Agradecemos el apoyo técnico de H Hinojosa.

Diseño y simulación de una cámara de Townsend para el estudio de las propiedades de transporte electrónico en gases de baja presión de vapor

En el laboratorio de Plasmas de Baja Temperatura (PBT) del ICF-UNAM se estudian las propiedades de transporte de electrones e iones en el seno de un gas sometido a la influencia de un campo eléctrico externo. Dichos estudios que son de gran importancia en la modelación y entendimiento de plasmas atmosféricos, industriales y biológicos, y para la comprensión de los procesos físicos ocurrentes en las descargas eléctricas. Para medir las propiedades de transporte se utiliza la técnica pulsada de Townsend, basada en la medición de la corriente de desplazamiento de partículas cargadas (electrones o iones) moviéndose en el seno del gas bajo la acción de un campo eléctrico uniforme entre un capacitor de placas paralelas cuyos dos electrodos circulares, de 120 mm de diámetro, están separados entre sí por una distancia de 30 mm. El ánodo está conectado a una fuente de alto voltaje y el cátodo a un amplificador de transimpedencia, del cual se obtiene la señal de corriente a analizar. La cámara de Townsend utiliza un pulso láser en el régimen del UV para liberar fotoelectrones desde el cátodo. La separación de 30 mm entre los electrodos del capacitor no permite el uso de gases de baja presión de vapor debido a que a estas bajas presiones el voltaje de operación de la cámara es muy pequeño (menor a 100 V), corriéndose el peligro de que el campo creado por la carga espacial sea compatible con el externo, lo que pervierte las mediciones. Una forma de resolver este problema es aumentando la separación entre los electrodos, permitiéndose así aumentar el voltaje aplicado; sin embargo, la relación entre el diámetro de los electrodos y la nueva distancia provoca que el campo eléctrico no sea uniforme, arruinando así el experimento. En este trabajo se presenta el diseño de una nueva cámara de Townsend pulsada para el estudio de las propiedades de transporte electrónico en gases de baja presión de vapor. Se presentan las simulaciones de los campos eléctricos calculados con el programa SIMION, así como el diseño mecánico del sistema, que consta de un capacitor de placas paralelas formado por electrodos separados entre sí por una distancia de 280 mm, y de un sistema de anillos metálicos de guarda que estabilizan el campo eléctrico. La separación entre los anillos es de 2 mm y el voltaje aplicado entre ellos disminuye gradualmente a intervalos constantes con la ayuda de un divisor de voltaje. En esta configuración el campo eléctrico tiene una variación máxima del 1% a 15 mm del centro. Como resultado de este trabajo el laboratorio de PBT del ICF-UNAM cuenta ahora con un diseño funcional para la construcción de la cámara Townsend que permitirá estudiar las propiedades de gases de interés biológico como THF (C$_4$H$_8$O) Y THFa (C$_6$H$_{10}$O$_2$). Los autores agradecen el apoyo de los proyectos PAPIIT-UNAM IA 104520, PAPIME PE 108518 y PAPIIT-UNAM IN 118520. Agradecemos el apoyo técnico de H Hinojosa.

Implementación de procesos físicos en simulaciones de plasma confinado

El estudio de plasma confinado ha sido un tema de investigación relevante desde principios del siglo pasado. Debido a la correlación entre las componentes del plasma es muy difícil obtener una visión de los fenómenos que se llevan a cabo por estas. Una metodología empleada para conocer acerca de estos fenómenos es el uso de simulaciones por computadora. Para esto se han utilizado distintos métodos como la resolución de las ecuaciones de Magneto-Hidrodinámica y la ecuación de Vlasov. Para este trabajo se desarrollaron dos códigos basados en los métodos Particle-In-Cell (PIC) y Monte Carlo, esto con el fin de comparar los resultados obtenidos entre estos. Se presenta una visión general del funcionamiento de ambos códigos. Los resultados preliminares presentan un excelente acuerdo con la teoría para casos sencillos. Así, se concluye que hay una buena implementación de los fenómenos físicos considerados, como el confinamiento por un campo magnético y la trayectoria de deriva generada por la curvatura de este.

Empleo de bobinas helicoidales para la producción del flujo poloidal de un tokamak esférico

La principal característica de un tokamak esférico es su baja razón de aspecto, lo que significa que su radio menor es muy parecido a su radio mayor. Esto le hace más parecido a una manzana a la que se le ha removido el carozo, que a una dona, a diferencia de los tokamaks convencionales. Esto le permite tener un mayor cociente de presión de plasma respecto a la presión del campo magnético que le confina. Sin embargo, el transformador de la columna central impone límites sobre el radio menor. Una alternativa es rodear al tokamak esférico mediante bobinas helicoidales para inducir el flujo poloidal necesario. En este trabajo se explora esta posibilidad, originalmente propuesta por Allen H. Boozer de la Universidad de Columbia.

Soluciones numéricas al problema de equilibrio magnetohidrodinámico de una columna de plasma con geometría cilíndrica

Como un primer paso en el desarrollo de códigos de equilibrio magnetohidrodinámico en sistemas de confinamiento toroidal, se ha instrumentado un código que resuelve el problema en geometría cilíndrica. Se combinan el método de Runge-Kutta para la solución de ecuaciones diferenciales y el de Newton-Raphson para la búsqueda de raíces, obteniendo un algoritmo que resuelve el problema con condición a la frontera. En este trabajo se presentan resultados afines al caso del campo libre de fuerzas, así como con diversos perfiles de presión.

Foundation of non-Maxwellian distributions in plasma physics and their applications

It is common to assume that the velocity distributions of the species that compose a plasma are Maxwellian, which are akin to closed systems in thermodynamic equilibrium, with short range interactions. However, plasmas are by nature non-equilibrium open systems with long range interactions, and this assumption is seldom fulfilled in practice. In space plasmas velocity distributions have been systematically measured since the early days of exploration with spacecrafts, in which suprathermal tails are usually observed. This led to devise the so called $\kappa$ distributions as a fitting resource [1], whose name stems from the fact that they depend on an adjustable parameter $\kappa$, such that the Maxwellian distribution is recovered when it tends to infinity. Their theoretical basis has been later developed in the framework of non-extensive statistical physics, as proposed by Tsallis [2,3], in which a non-additive entropy is proposed, generalising the Maxwell-Gibbs entropy. A significant wealth of results with this approach, relevant to plasma physics have been produced in recent years, some of which have been compiled by Livadiotis, with emphasis on his own work [4]. While its applications have usually been confined to space plasmas, which are extremely collisionless, it has become clear that they call for a review of fundamental concepts, such as Debye shielding [5,6], as well as the fluid models and the relevant transport coefficients, as obtained employing the Braginskii’s method [7]. The former may also be relevant to electrostatic diagnostics, such as Langmuir probes. The implications for fusion plasmas may be interesting, but they have not been explored so far. On the other hand, this approach might also provide a powerful tool for data analysis in problems where supratehrmal distributions are often observed, such as in relativistic run-away electrons [8]. The purpose of this paper is to present the state of the art on the foundations of non-Maxwellian distributions in plasma physics from the point of view of non-extensive statistical mechanics, and their possible implications in fusion research. [1] V. M. Vasyliunas, Journal of Geofisical Research, $\bf 9$, 2839 (1968). [2] C.Tsallis, J. Statistical Physics, $\bf 52$, 479 (1988). [3] C. Tsallis, Introduction to Nonextensive Statistical Mechamics,” (Springer Verlag, New York, 2009). [4] G. Livadiotis, “Kappa Distributions: Theory and Applications in Plasmas,” (Elsevier, Netherlands, 2017). [5] G. Livadiotis and D.J. McComas, Journal of Plasma Physics $\bf 80$, 341 (2014). [6] L.A. Gougam and M. Tribeche, Physics of Plasmas $\bf 18$, 062102 (2014). [7] D. S. Oliveira and R.M.O. Galvao, Physics of Plasmas **25**, 102308 (2018). [8] C. Liu, D.P. Brennan, A. Bhattacharjee and A. Boozer, Physics of Plasmas, **23** 010702 (2016).

Control robusto de orden arbitrario (m) de la posición de la columna de plasma en un tokamak con un modelo no lineal aproximado por un método de mínimos cuadrados polinomial de orden arbitrario (n)

En el presente trabajo se plantea un nuevo algoritmo para controlar la posición y la forma del plasma en un tokamak basado en un modelo dinámico de orden arbitrario (m) no lineal, cuya no linealidad se obtuvo de manera aproximada en simulación. Este modelo de dimensión m está conformado por una parte lineal y otra no lineal de acuerdo con Areola y Pironti [1]. La parte lineal comprende el efecto de las corrientes de las bobinas (activas y pasivas) entre ellas relacionadas con sus inductancias y resistencias, así como las entradas de control (voltajes en las bobinas). La parte no lineal está relacionada con los efectos del plasma en cada uno de los circuitos del tokamak. Areola y Pironti [1] mencionan que esta parte no lineal es posible obtenerla numéricamente mediante códigos de simulación del equilibrio MHD. En este trabajo se obtiene esta parte no lineal haciendo un barrido de simulaciones del equilibrio MHD variando los parámetros del plasma para después hacer una regresión polinomial de orden n (que corresponde al número de bobinas de campo magnético poloidal para control en el tokamak) por mínimos cuadrados. Una vez obtenido el modelo, se procede a diseñar el algoritmo de control usando la técnica de modos deslizantes clásico [2] modificando el paso del control equivalente por el propuesto en la presentación del año pasado basado en Lyapunov con cancelación de singularidades [3]. La posición y forma del plasma se puede controlar mediante las corrientes en las bobinas de control en el tokamak [1]. De esta manera, el control resultante cumplirá su objetivo y será robusto ante perturbaciones e incertidumbres paramétricas acotadas pero tendrá un menor chattering o castañeo [4] en los voltajes de las bobinas de control, mejorando el desempeño y durabilidad de los actuadores con respecto a los algoritmos propuestos en trabajos pasados. [1] Areola, M. & Pironti, A. (2016). Magnetic Control of Tokamak Plasmas. Springer. 10.1007/978-1-84800-324-8. [2] Slotine, J.J. E. & Li, W. (1991). Applied Nonlinear Control. Prentice Hall Englewood Cliffs. [3] Yeom, D.H. & Joo, Y.H. (2012). Control Lyapunov Function Design by Cancelling Input Singularity. International Journal of Fuzzy Logic and Intelligent Systems. 12. 10.5391/IJFIS.2012.12.2.131. [4] Fridman, L., Iriarte, R. & Moreno, J.(2012). Sliding Modes After the First Decade of the 21st Century: State of the Art. Springer. 10.1007/978-3-642-22164-4.

Inactivación de bacterias mediante plasma tipo corona

De acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (OMS), continuamente surgen enfermedades producidas por virus y bacterias como Salmonella y Escherichia coli que representan un grave problema para la salud pública. En los últimos veinte años, se han registrado epidemias como él (SARS-CoV) en 2002 a 2003, y la gripe H1N1 en 2009. Más recientemente, el (MERS-CoV) se identificó en 2012. Un nuevo coronavirus (SARS-CoV-2) ha dado lugar a un brote continuo de neumonía viral a nivel mundial, el estudio de tratamientos y métodos de inactivación mediante diferentes procesos físicos y químicos surgen como propuestas para coadyuvar en la situación actual. En este trabajo se emplea un plasma no térmico de tipo Corona como método de inactivación de la bacteria gramnegativa Salmonella typhimurium utilizando una fuente de alimentación pulsada (Mod Advanced Energy DC Pinnacle Plus, 1,5 kW) el voltaje aplicado entre los electrodos fue de 1.0 kV, a una frecuencia de 10 kHz, y una potencia de 15 W, que permaneció constante durante todos estos tratamientos a presión atmosférica generando los radicales libres que inactivan las bacterias. Los efectos físicos y químicos que produce el plasma sobre las bacterias se determinaron mediante espectroscopía óptica de emisión, espectrofotometría de absorción, pH, conductividad eléctrica, temperatura y unidades formadoras de colonias. Los resultados muestran la reducción en el número de colonias de 4.18 Log10 en el tiempo 0 s a 3.02 Log10 en el tiempo 180 s, y la absorción muestra que las bacterias se desnaturalizan debido a la generación de especies reactivas producidas por el plasma por el impacto electrónico del proceso de disociación. Agradecimientos. M.J.R. Albarrán (FC-UAEM) por su asistencia técnica. PRODEP DSA/103.5/15/6986, PRODEP CA-5511-6/18-8304, PROMEP 103.5/13/6626, PII-43/PIDE/2013 UAEM, IN102916, CONACyT 268644 y UAEM 4307/2017/CI, beca CONACyT de estudios de Posgrado de Maestría en Ciencias CVU 963792.

Influencia de una isla magnética radialmente asimétrica sobre los perfiles del plasma con curvatura magnética

El proceso de reconexión magnética en plasma de fusión nuclear es de gran relevancia en el confinamiento magnético del plasma, ya que puede determinar si se mantienen, o no, las condiciones para tener reacciones autosostenidas de fusión. En particular, el proceso de reconexión producido por la inestabilidad de modos de desgarre da como resultado a las llamadas islas magnéticas. Las islas magnéticas son superficies de flujo magnético cerradas, delimitadas por una separatriz que la aísla. Permiten que calor y partículas fluyan rápidamente a lo largo de las líneas de campo desde una región interna a otra región externa del plasma, provocando pérdida de confinamiento. En general, las islas magnéticas no son simétricas, pueden tener cierto grado de asimetría en la dirección radial. Dicha asimetría afecta a la vez a la inestabilidad de los modos de desgarre, a través del perfil de temperatura en el plasma. Trabajos previos han estudiado la influencia de la asimetría de islas magnéticas sobre los perfiles de densidad y temperatura del plasma, pero se han encontrado discrepancias entre los diversos resultados sobre si realmente existe un efecto o no. Por otro lado, estudios previos han mostrado que la curvatura del campo magnético también tiene influencia sobre la inestabilidad de modos de desgarre, modificando el ancho de la isla magnética a través de la ecuación de Rutherford. La curvatura ejerce una especie de fuerza centrífuga que puede estabilizar o desestabilizar, dependiendo de a dónde apunte la curvatura promedio. El presente trabajo estudia la dinámica de las islas magnéticas radialmente asimétricas tomando en cuenta efectos de curvatura del campo magnético de un aparato toroidal; complementando la discusión existente sobre la influencia de estos efectos en los perfiles de los parámetros como densidad y temperatura del plasma.