Análisis de la dinámica de la turbulencia en un plasma compresible parcialmente ionizado con términos de ionización y recombinación
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Date
2023-03-10
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Publisher
Universidad Industrial de Santander
Abstract
La turbulencia en plasmas parcialmente ionizados (PPI) está presente en gran cantidad de escenarios astrofísicos. Algunos de los entornos en los que se han evidenciado son en las ionosferas planetarias, la atmósfera solar, las nubes moleculares, los discos protoplanetarios, los exoplanetas y el medio interestelar. Por lo tanto, se hace necesario el desarrollo de un modelo teórico que permita describir el comportamiento de estos plasmas de forma acertada. Este modelo teórico es conocido como magnetohidrodinámica, sin embargo, en fenómenos como la turbulencia no se ha considerado un modelo completo en el que se incluya la ionización y recombinación. Aún así, los procesos de ionización y recombinación de los átomos tienen diversos efectos relevantes en la dinámica de un plasma compresible turbulento parcialmente ionizado. Es por ello que en este trabajo de grado se presenta un análisis sistemático y completo de la dinámica de un plasma turbulento mediante simulaciones con el código MAGNUS de un modelo magnetohidrodinámico que incluye colisiones inelásticas. Entre las principales variables que se sometieron a análisis se encuentra la vorticidad y densidad de masa de los fluidos, la densidad de corriente, las tasas de ionización y recombinación, el espectro de energía magnética y la amplificación del campo magnético. A partir del estudio realizado se encontraron diferentes resultados que indican de qué forma influye la conversión de especies en el comportamiento del plasma en cuestión. En términos generales, se obtuvo que estas colisiones permiten que el campo magnético afecte de forma indirecta el fluido neutro y que la energía magnética se aumente a más del doble de la inicial. Asimismo, entre otros resultados adicionales está la inhibición de la formación de plasmoides y la separación entre el espectro de energía del fluido neutro y el cargado. Adicionalmente, se aplicó el modelo desarrollado para simular la turbulencia en el caso del viento solar. De esta forma, es posible apreciar la utilidad de los resultados para describir completa y detalladamente la dinámica de un plasma turbulento en un entorno astrofísico en particular.
Description
Keywords
Magnetohidrodinámica, Turbulencia, Ionización, Recombinación