Análisis de la dinámica de la turbulencia en un plasma compresible parcialmente ionizado con términos de ionización y recombinación

Díaz Martínez Juan Diego

Análisis de la dinámica de la turbulencia en un plasma compresible parcialmente ionizado con términos de ionización y recombinación

dc.contributor.advisor	Lora Clavijo Fabio Duván
dc.contributor.author	Díaz Martínez Juan Diego
dc.contributor.evaluator	Navarro Noguera Anamaría
dc.contributor.evaluator	Sanabria Gómez José David
dc.date.accessioned	2023-03-15T00:55:47Z
dc.date.available	2023-03-15T00:55:47Z
dc.date.created	2023-03-10
dc.date.issued	2023-03-10
dc.description.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.
dc.description.abstractenglish	Turbulence in partially ionized plasmas (PIP) is present in a large number of astrophysical scenarios. Some of the environments in which it has been found are planetary ionospheres, solar atmosphere, molecular clouds, protoplanetary discs, exoplanets and interestellar medium. Therefore, it is necessary the development of a theoretical model which allows to describe the behavior of these plasma properly. This theoretical model is known as Magnetohydrodynamics, however, in phenomena as turbulence it has not been considered a complete model with ionization and recombination. Still, ionization and recombination processes in atoms have different relevant effects in the dynamics of a partially ionized compressible turbulent plasma. Thus, in this research project we did a systematic analysis and complete of the dynamics of turbulent plasma through numerical simulations with MAGNUS code of a magnetohydrodynamic model with inelastic collisions. Among the main variables that were analyzed are the vorticity, mass density, current density, ionization and recombination rates, kinetic energy spectrum and magnetic energy amplification. From the study carried out we found results that indicate how species conversion influences the behavior of the plasma. In general terms, we obtained that these collisions allow the magnetic field to inderectly affect the neutral fluid and magnetic energy to be increased to more than double the initial. Likewise, among other additional results it is the inhibition to plasmoid formation and separation between energy spectrum of neutral and charged fluid. Moreover, the developed model was applied to simulate turbulence in the case of solar wind. Hence, it is evident the utility of results to describe completely and in detail the dynamics of a turbulent plasma in a particular astrophysical environment.
dc.description.degreelevel	Pregrado
dc.description.degreename	Físico
dc.format.mimetype	application/pdf
dc.identifier.instname	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponame	Universidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourl	https://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.uri	https://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/12554
dc.language.iso	spa
dc.publisher	Universidad Industrial de Santander
dc.publisher.faculty	Facultad de Ciencias
dc.publisher.program	Física
dc.publisher.school	Escuela de Física
dc.rights	info:eu-repo/semantics/openAccess
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dc.rights.coar	http://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommons	Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.license	Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subject	Magnetohidrodinámica
dc.subject	Turbulencia
dc.subject	Ionización
dc.subject	Recombinación
dc.subject.keyword	Magnetohydrodynamics
dc.subject.keyword	Turbulence
dc.subject.keyword	Ionization
dc.subject.keyword	Recombination
dc.title	Análisis de la dinámica de la turbulencia en un plasma compresible parcialmente ionizado con términos de ionización y recombinación
dc.title.english	Analysis of the dynamics of turbulence in a partially ionized compressible plasma with ionization and recombination terms
dc.type.coar	http://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.hasversion	http://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.local	Tesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado
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