Análisis de la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz en plasmas parcialmente ionizados con términos de ionización y recombinación en la magnetósfera terrestre
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Date
2023-03-13
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Universidad Industrial de Santander
Abstract
La inestabilidad de Kelvin-Helmholtz es un fenómeno común de la naturaleza ya que está presente en diferentes entornos, particularmente, astrofísicos. La inestabilidad de Kelvin-Helmholtz ha sido estudiada en múltiples ocasiones en distintos contextos, como en prominencias solares, en la magnetopausa de distintos planetas, la magnetósfera terrestre, entre otros. Al ser un fenómeno tan común es necesario un entendimiento completo de su dinámica. Con el fin de entender la dinámica de este fenómeno se hace necesario construir un modelo matemático, el cual corresponde a la magnetohidrodinámica. En este trabajo de grado se analiza la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz haciendo uso de la magnetohidrodinámica, teniendo en cuenta fenómenos como las colisiones entre las diferentes especies del plasma, y los procesos de ionización y recombinación. Para esto, se hizo uso del código MAGNUS, un código de computación paralela que resuelve las ecuaciones de la MHD mediante esquemas de alta resolución. Para determinar los efectos de los fenómenos de ionización y recombinación, se implementó en MAGNUS un modelo experimental para dichos fenómenos. Adicionalmente, se estudió la dinámica de la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz en la magnetósfera de la Tierra como una aplicación práctica. Se encontró que las colisiones, tanto elásticas como inelásticas, participan activamente en la amplificación del campo magnético, y que dicha amplificación está presente en la magnetósfera de la Tierra debido a la formación de la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz. Además, se comprobó que las colisiones elásticas llevan a que los dos sistemas, tanto de partículas cargadas como neutras, tengan dinámicas similares. Por otro lado, se encontró que las zonas donde se forman los vórtices característicos de la KHI son regiones de máximos de recombinación, y representan a su vez máximos de densidad de masa, momento y energía para ambos fluidos.
Description
Keywords
Magnetohidrodinámica, Inestabilidad de Kelvin-Helmholtz, Ionización, Recombinación