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Tesis > TEMA

Física [ 418 tesis ]

Física del Plasma [ 23 tesis ]

Bruzzone, Horacio. "Foco de plasma producido mediante un sistema de electrodos coaxiales" (1976) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Mancini, Roberto Claudio. "Termodinámica e hidrodinámica de la materia hipercomprimida" (1983) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Piriz, Antonio Roberto. "Plasmas producidos por la ablación de partículas sólidas mediante intensa radiación laser" (1984) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Farengo, Ricardo. "Microinestabilidades producidas por gradientes de corriente en plasmas magnetizados" (1984) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Sicardi Schifino, Aníbal Carlos. "Estabilidad de plasmas inhomogéneos con radio de larmor grande" (1984) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Verga, Alberto Daniel. "Turbulencia de plasma en la magnetósfera de los pulsars" (1984) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Ponce Dawson, Silvina. "Un modelo de turbulencia de Alfven en plasmas" (1988) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Moreno, César Hugo. "Detección de corrientes de pérdida en un equipo Plasma Focus mediante sondas magnéticas de tamaño finito" (1995) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Devia Cubillos, Alfonso. "Flujos MHD de fluidos conductores entre paredes caladas" (1996) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Se tiene un canal bidimensional de paredes caladas a través de las cuales se inyecta o succiona continuamente un fluido conductor. El flujo dentro del canal es tal que se produce un punto de estancamiento en el centro del mismo. El movimiento es restringido por un campo magnético. Se hace un análisis teórico magnetohidrodinámico de las soluciones de equilibrio para valores asintóticos de los tres parámetros adimensionales de los que depende el problema Re, Rm y MA (Re es el número de Reynolds viscoso, Rm es el número de Reynolds magnético, MA número de Mach Alfvénico). Se estudia la formación de capas límites viscosas y resistivas para los casos de paredes dieléctricas y conductoras, así como también la dependencia del gradiente de presiones con los parámetros adimensionales. Para fluidos altamente conductores (Rm>>l) se encuentra que el campo magnético restringe la salida del fluido cuando MA <1, mientras que favorece el escape cuando MA >1. En el caso de baja conductividad (Rm<<1) el campo magnético controla la salida o entrada del fluido. Para el caso de succión el flujo es inestable a partir de un valor crítico de los parámetros adimensionales. Se encuentran bifurcaciones tipo pitchfork para diferentes valores de los parámetros Re, Rm, MA cuando hay el cambio de estabilidad. Para el caso de inyección el flujo siempre es estable.

Abstract:
A conducting fluid is continuously injected through a pair of parallel porous walls and escapes in both directions along the channel. The flow forms a stagnation point at the center and the effluence is restricted by a magnetic field. A theoretical analysis of the steady state solutions of the MHD equations in the incompressible case is given as a function of three parameters: Re, Rm, and MA (Re: Reynolds number, Rm: magnetic Reynolds number, MA : Alfvenic Mach number) for all the significant asymptotic limits. The resistive and viscous boundary layer are examined (both for dielectric and conducting walls) as well as the dependence of the pressure gradient that drives the flow on the non-dimensional parameters. For highly conducting plasma (Rm >> 1) it is found that the magnetic field restrains the outflow for MA <1 and drives the escape for MA >1. In motions of low conductivity (Rm <<1) the magnetic field contains (and can be used for controlling) the eflluence. In the case of suction, critical values of the parameters are found for which there are bifurcations in the stability of the system. Such bifurcations are of pitchfork type. In the case of injection, the flux is always stable.

Bender, Laurence E.. "Procesos disipativos rápidos en magnetohidrodinámica" (1997) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Se investiga en forma analítica y numérica la evolución temporal de láminas de corriente en configuraciones de aniquilación magnética forzadas por un flujo con un punto de estancamiento. Se muestran las importantes consecuencias físicas de la etapa de formación de la lámina de corriente, que se puede originar a partir de una "semilla" inicial de campo magnético o mediante la inyección continua de flujo magnético. La convección y amplificación del campo magnético en un flujo de estancamiento genera una disipación Joule muy intensa dentro de la lámina de corriente en escalas de tiempo hidrodinámicas. Estos efectos pueden dar lugar a la aniquilación rápida del campo magnético, a la formación de estructuras disipativas estacionarias o a soluciones que crecen indefinidamente con el tiempo, dependiendo del balance entre la disipación y el ingreso de flujo magnético. Los elementos básicos del proceso de amplificación de la energía magnética se examinan usando argumentos físicos sencillos basados en consideraciones de orden de magnitud. Se obtienen soluciones analíticas dependientes del tiempo que describen la evolución del campo magnético en flujos con geometría plana. Suponiendo condiciones iniciales y de contorno generales para la componente de campo magnético contenida en el plano del movimiento, se demuestra que la capa en donde el campo magnético cambia de signo tiende a desaparecer durante la formación de la lámina de corriente. Por otra parte, la componente de campo magnético normal al flujo de estancamiento siempre se extingue rápidamente. En consecuencia, las configuraciones estacionarias de campo magnético con cambio de signo que se consideran habitualmente en los estudios de procesos de reconexión magnética e inestabilidades resistivas, resultan ser casos excepcionales en lugar de estructuras magnéticas genéricas. Se obtienen soluciones autosimilares que describen la amplificación y el decaimiento del campo magnético en flujos planos y axialmente simétricos. En flujos con un punto de estancamiento tridimensional las láminas de corriente se aniquilan completamente a menos que sean sostenidas por una inyección continua de energía magnética. Se consideran aplicaciones de estos modelos a la magnetósfera terrestre, a la formación de estructuras disipativas en el Plasma Focus y al calentamiento de la corona solar. Se estudia la influencia del flujo de estancamiento, que tiende a oponerse a la permanencia de configuraciones con campo magnético reconectado, sobre la estabilidad de la lámina de corriente. Simulaciones numéricas de reconexión magnética en dos dimensiones muestran la formación y consolidación de la lámina de corriente. El incremento de la conductividad provocado por el aumento de la temperatura en la lámina de corriente puede acelerar los procesos de amplificación y decaimiento del campo magnético. Estos efectos térmicos se ilustran mediante soluciones numéricas. Los límites del modelo incompresible debidos al calentamiento y a las variaciones de densidad se discuten brevemente. En el último capítulo se estudia en forma numérica la evolución de láminas de corriente en flujos compresibles.

Abstract:
The time evolution of current sheets under the influence of driven stagnation point flows is studied. It is shown that significant physical processes occur during the formation of the current sheet, originated from a sparse magnetic seed field or from an external continuous injection of magnetic flux. The advection and amplification of the magnetic field at a stagnation flow can give rise to large amounts of Joule dissipation over hydrodynamic time scales. These effects may lead to an accelerated annihilation of the magnetic field, or to steady state dissipative layers, depending on the balance between the incoming magnetic flux and the dissipation rate. The basic elements of the flow enhanced dissipation mechanism are discussed using order of magnitude considerations. Analytic time dependent solutions that describe the evolution of the magnetic field are obtained for planar flows. Starting from generic initial and boundary conditions for the magnetic field component lying on the plane of the flow, it is shown that the sublayer in which a change of sign of the magnetic field occurs tends to vanish in a short time during the formation of the current sheet. On the other hand, the magnetic field component normal to the flow plane is always rapidly extinguished. Thus, configurations commonly considered as models for steady state reconnection or tearing instability studies, are exceptional cases rather than generic magnetic structures. Self similar solutions that describe the amplification and decay of the magnetic field for planar and axial-symmetric flows are also obtained. In three dimensional stagnation point flows, current sheets that are not sustained by a continuous injection of magnetic energy are completely annihilated in a few hydrodynamic times. Several applications, including coronal heating, the dayside magnetospheric stagnation point, and the formation of hot spots in the Plasma Focus experiments, are discussed. The influence of stagnation flows on the stability of these dissipative structures is studied. These flows tend to oppose the permanence of a reconnected configuration. Numerical simulations of two-dimensional magnetic reconnection show the build up and consolidation of the current sheet. Thermal effects due to the rise of temperature in the current sheath and the resulting conductivity increment, enhance the amplification and extinction processes. These effects are illustrated with numerical solution examples. The heating and compressibility limits of the model are briefly outlined. Finally, the effect of density variations during the evolution of current sheets in compressible stagnation point flows is also studied numerically.

Lepone, Francisco Alejandro. "Nitruración y recubrimientos mediante Cañones Coxiales de plasma" (1999) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Contin, Julia E.. "Inestabilidad de láminas de corriente con flujos de plasma y aplicaciones a la magnetopausa diurna" (1999) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Se estudia la influencia de flujos de plasma sobre la estabilidad de láminas de corriente en el marco de la teoría magnetohidrodinámica. Se obtienen ecuaciones perturbativas generales para un modelo plano que incluye efectos de resistividad, viscosidad y densidad estratificadas en la configuración de orden cero, cizallas de la velocidad y del campo magnético, y la presencia de un campo gravitatorio. En las aplicaciones específicas de la teoría, se enfoca la atención sobre las inestabilidades de la magnetopausa terrestre diurna, y la propagación de las perturbaciones hacia los flancos, en condiciones de campo magnético inter-planetario orientado norte. Se analiza el desarrollo de inestabilidades Kelvin-Helmholtz, sin excluir la consideración de otros mecanismos de interacción, como por ejemplo cambios bruscos en la presión dinámica del viento solar. Se estudia la estabilidad de una estructura que representa la magnetopausa en condiciones estacionarias normales, sin compresión. También se analiza una configuración excepcional de flujo de plasma, con movimientos en contracorriente de capas de la magnetovaina y de la magnetosfera adyacentes a la magnetopausa, utilizando datos de observación de un cruce del ISEE 2 el 11/XI/79. Finalmente se presenta un estudio combinado de teoría, observaciones, e interpretación de las inestabilidades y ondas excitadas sobre una región del flanco ecuatorial cercano de la magnetopausa, durante el pasaje del final de la nube magnética del 11/1/97 a partir de datos satelitales de alta resolución (WIND e INTERBALL Tail) y de registros de magnetómetros terrestres.

Abstract:
The effect of plasma flows on the stability of current sheaths with the magnetohydrodinamíc theory is considered. General perturbation equations are derived for a plane model that includes effects of resistivity, viscosity and density stratification in the zero order configuration, velocity and magnetic shear and the presence of a gravitational field. Specific applications of the theory are focussed on the Earth dayside magnetopause instabilities and the propagation of perturbations towards the flanks, for northward interplanetary magnetic field. The development of Kelvin-Helmholtz instabilities are analyzed, without excluding other perturbative effects, such as sudden changes in the dynamical pressure of the solar wind. The stability of structure representing the magnetopause under normal Steady state conditions is studied. An unusual configuration of plasma flow, with a counter streaming flow in the magnetosheath and magnetosphere adjacent to the magnetopause is also analyzed using observational data of a crossing of ISEE 2 of XI/11/79. Finally a study combining theory, observational data, and interpretation of the instabilities and excited waves in a near equatorial flank of the magnetopause during the trailing edge of the 1/11/97 magnetic cloud, based on high resolution spacecraft data (WIND and INTERBALL Tail) and ground magnetograms, is presented.

Dasso, Sergio. "Emisión de ondas por Resonancia Iónica Ciclotrónica en Plasmoides Interplanetarios expulsados por el sol" (2000) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En esta tesis se realiza un estudio teórico de las condiciones de excitación de las ondas electromagnéticas iónicas ciclotrónicas (EICWs) en los plasmoides interplanetarios expulsados por el Sol (o eyecciones de masa coronal, CMEs). Cuando el viento solar es perturbado por estas eyecciones de plasma provenientes del Sol, la actividad de ondas cambia radicalmente. Mientras que en las condiciones típicas correspondientes al viento solar rápido están dadas las condiciones para la actividad de las ondas de polarización izquierda, cuando el viento es reemplazado por plasmoides interplanetarios de origen solar, el cambio de los parámetros físicos relevantes favorece la actividad de la rama de polarización derecha. Hemos caracterizado el espacio de parámetros típico de estos plasmoides y estudiamos, mediante la teoría cinética en plasmas magnetizados, las condiciones para la emisión y absorción de estas ondas. Hemos determinado fronteras del espacio de parámetros entre regiones estables e inestables. Para considerar la presencia de partículas supratérmicas hemos modelado la función de distribución de una fracción de la población de partículas del plasma con funciones Kappa. En un plasma de protones y electrones la inestabilidad resonante de las EICWs requiere ordinariamente grandes valores para el beta del plasma (beta aproximadamente 1 o mayor), sin embargo, hemos encontrado que las CMEs a pesar de su bajo valor de P son objetos con otras propiedades cinéticas favorables para el desarrollo de esta inestabilidad. Dada la gran heterogeneidad que caracteriza a estos objetos no todos ellos serán emisores de EICWs, sino que existe un subconjunto de CMEs con propiedades térmicas propicias para la amplificación de estas ondas. Se han encontrado configuraciones de parámetros, consistentes con las observaciones, en las que los tiempos característicos de crecimiento de la inestabilidad son mucho menores que los tiempos típicos de la evolución de la estructura interplanetaria, y en las cuales es posible la amplificación de las ondas en tiempos en los que la configuración de parámetros de la estructura interplanetaria se mantiene esencialmente constante. Estos resultados son de gran importancia para comprender la microturbulencia que ha sido observada en estos objetos por el satélite Wind. Hemos realizado un estudio estadístico de los parámetros de configuración de los CMEs, con el objetivo de seleccionar aquellos eventos con propiedades favorables para el desarrollo de la inestabilidad de los EICMs. Se analizaron datos aún no publicados de la sonda espacial Wind y específicamente se estudiaron: un conjunto de Halo-CMEs y un conjunto de nubes magnéticas interplanetarias. Los eventos que se consideran para este estudio han sido observados en forma continuada por la sonda Wind desde diciembre de 1996 hasta noviembre de 1997 (para Halo-CMEs) y desde febrero de 1995 hasta noviembre de 1998 (para nubes magnéticas). Finalmente, en base a los resultados de nuestro estudio estadístico, se selecciona la nube magnética que observó Wind el 7 y 8 de agosto de 1996 y se examinan las posibilidades de emisión de EICWs en este evento.

Vásquez, Alberto Marcos. "Modelado de fenómenos de plasma en la corona solar" (2002) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
La corona es la capa mas externa de la atmosfera del Sol, formada por un plasma relativamente tenue (nc ≈ 10 8ˉ9 cmˉ³) y de alta temperatura (T > 10 6ˉ7K). El plasma coronal, confinado y calentado por los campos magnéticos generados predominantemente en la región convectiva solar, exhibe una gran variedad de fenómenos (le plasma que a su vez abarcan regímenes muy diversos (colisionales, colectivos, estacionarios, impulsivos, emisión térmica, emisión coherente, etc.). Así, el modelado del plasma coronal puede hallar su descripción más adecuada tanto en el enfoque cinético, como en la aproximación magnetohidrodinamica (MHD), dependiendo del fenómeno particular que se investigue. En este contexto, presentamos el estudio y modelado de fenómenos coronales en dos escalas espacio-temporales muy diferentes. Por un lado, un modelo para la ordenada y estable estructura coronal a gran escala (l → 10Rʘ). Por otro lado, un modelo para fenómenos impulsivos de pequeña escala (<0,1Rʘ) que tienen lugar durante fulguracioncs solares. Los estudios presentados requieren del uso de distintos marcos teóricos de física de plasmas (MHD en el primer caso, teoría cinética en el segundo), asi como de datos observacionales de distinto rango espectral (ultravioleta y luz blanca en el el primer caso, ondas de radio y rayos X en el segundo). En ambos casos desarrollamos modelos teóricos semi-empíricos, y derivamos predicciones observables que cotejamos con datos observacionales recientes.

Abstract:
The solar corona, being the outer layer of the solar atmosphere, is formed by a relatively tenuous plasma (nc ≈ 10 8ˉ9 cmˉ³) at very high temperatures (T > 10 6ˉ7K). The coronal plasma, confined and heated by the magnetic fields generated in the underlying convective region, exhibits a wide variety of plasma phenomena which, in turn, display a diversity of physical regimes (collisional, collective, stationary, impulsive, thermal emission, coherent emission. elc.). Hence, coronal plasma modeling may find its more appropriate description either by a kinetic approach, or under the magnetohydrodynamical (MHD) approximation, depending upon the particular processes under consideration. Within this context, we present the study and modeling of coronal plasma phenomena at two very different space-time scales. On one hand, we present a model for the ordered and steady large-scale (l → 10Rʘ) coronal structure. On the other hand, we present a model for small-scale (<0,1Rʘ) impulsive phenomena, which take place during solar flares. The studies presented in this thesis require the use of different plasma physics theoretical frameworks (MHD in the first case, kinetic theory in the second one), as well as the use of observational data at different spectral ranges (ultraviolet and white light in the former case, radio waves and X rays in the later one). In both cases, we developed semi-empirical theoretical models and derived observable predictions that we compared with recently available observational data.

Cirigliano, Daniela. "Observación y diagnóstico de protuberancias solares a partir de los datos de la misión SOHO" (2003) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
El presente trabajo de tesis se efectuó en el marco de una cotutela entre la Universidad de Buenos Aires y la Universidad de París XI. El estudio realizado se basa en la observación y el diagnóstico de las protuberancias solares a partir de los datos del satélite SOHO, que representa el mejor ejemplo de las posibilidades tecnológicas ofrecidas para un estudio detallado del Sol. Las protuberancias solares son estructuras magnificas y singulares de la atmósfera del Sol. Confinan un plasma frío y denso en comparación al plasma tenue y caliente de la corona solar circundante. Nuestro objetivo es medir, por medio de observaciones, parámetros fisicos tales como densidad, presión y temperatura del plasma que las compone. Los datos obtenidos durante este trabajo de tesis constituyen un aporte importante y original a la fisica solar, pues consisten en la observación simultánea de más de 50 líneas de emisión en el rango ultravioleta del espectro electromagnético con la mayor resolución espacial y espectral obtenida hasta el momento. Representan una ocasión única para verificar las teorías existentes y contribuyen al enriquecimiento del conocimiento del Sol.

Abstract:
This work is a co-thesis directed by two researchers of both universities, the University of Buenos Aires and the University of Paris XI. Our study is based in the observations and diagnostic of solar prominences carried out with the analysis of SOHO satellite’s data. They represent the best exponent of actual technological instrumentation offered for a detailed study of the Sun. Solar prominences are fabulous and peculiar plasma manifestations in the solar atmosphere. They are dense and cold plasma objects, in contrast to the hot and dilute surrounding corona. Our aim is to measure, by means of prominence observations, some of their plasma physical parameters such as density,pressure and temperature in order to learn how this structures can hold up in the solar atmosphere. The series of data obtained in this study represent an original and important contribution to solar physics research, since they consist in a simultaneous observation of more than 50 ultraviolet emission lines, with the best spatial and spectral resolution achieved to the moment. They represent an unique opportunity to verify theoretical models and contribute to the improvement of the knowledge of the Sun.

Giuliani, Leandro Estanislao. "Estudio y aplicaciones de un filtro magnético recto en una descarga arco de baja presión" (2009) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
Los equipos de descargas arco en vacío son una fuente de plasma atractiva para la producción de películas delgadas. En estos equipos se produce un intenso jet de plasma metálico formado por iones de relativamente alta energía que son producidos con mucha eficiencia en la superficie del cátodo. Sin embargo, estos arcos también producen macropartículas de material catódico derretido que son depositadas en los sustratos. La presencia de estas macropartículas aumenta la porosidad y rugosidad de los recubrimientos afectando las propiedades de los films. Se han desarrollado varios sistemas de filtrado para separar las macropartículas del plasma, pero el filtrado magnético es el más empleado en la actualidad. Este tipo de filtro consiste en un tubo con un campo magnético axial que transporta el plasma a lo largo del mismo. En este trabajo se presenta un estudio del plasma generado mediante una descarga arco pulsada en vacío en un filtro magnético recto y de los recubrimientos obtenidos con este equipo. El estudio del plasma involucró mediciones con sondas electrostáticas y analizadores por campo retardador. Los resultados obtenidos para la energía cinética de los iones son similares a los hallados por otros autores, pero también se encontró que la energía era independiente de la intensidad del campo magnético dentro del rango estudiado en este trabajo. La temperatura electrónica también resultó independiente del campo magnético y de la posición a lo largo del filtro, indicando la ausencia de colisiones. Se realizaron mediciones de corriente iónica de saturación y de potencial flotante en diferentes posiciones axiales y radiales dentro del filtro para distintas intensidades del campo magnético, y se desarrolló un modelo teórico para entender la dinámica de la entrada de plasma y su transporte a lo largo del filtro. Un análisis de los resultados experimentales realizado con el modelo teórico mostró que, en este dispositivo, a medida que la intensidad del campo magnético aumenta a lo largo del filtro, el movimiento del plasma evoluciona de una compresión radial con baja velocidad de rotación a un jet rotante guiado a lo largo del tubo. El estudio de los recubrimientos se realizó con cátodos de Cu, Ni, Ti, Zr y Mo, e involucró técnicas de microscopía así como difracción y reflectometría de rayos x. se encontró que los films crecen nanoestructurados, con granos columnares y espesores de alrededor de 10 nm por descarga. La presencia de macropartículas en los recubrimientos también fue estudiada y se encontró que el número y tamaño de las mismas variaba con el punto de fusión del material del film. A la entrada del filtro, el campo magnético axial produce una reducción considerable del número de partículas normalizado con la corriente iónica colectada. Sin embargo, no se observó más reducción en los films obtenidos a la salida del filtro, indicando que el flujo de macropartículas no es apreciablemente reducido a lo largo del tubo.

Abstract:
Vacuum Arc plasma sources are attractive for the deposition of thin films, since an intense jet of metallic plasma including relatively high-energy ions is produced with a high efficiency at the cathode surface. However, cathodic arcs also produce macroparticles from the melted cathode material that are deposited on the substrate. The presence of macroparticles increases the porosity and roughness of the coating, affecting the films properties. Several filtering systems to separate the arc plasma and the macroparticles have been developed. Presently, magnetic filtering is a widely used method for removing the macroparticles. This kind of filter consists in a tube with an axial magnetic field that guides the plasma along the duct. In this work, a study of the plasma jet generated in a pulsed vacuum arc along a straight magnetized filter and of the films obtained with this equipment is presented. The plasma study involved measurements with electrostatic Langmuir probes and a retarding field analyzer. The obtained results for the ion kinetic energy are similar to those reported by other authors, but they were also found to be independent of the magnetic field strength. The electron temperature was also found to be independent of the magnetic field strength and of the axial position along the filter, indicating the absence of collisions. The ion saturation current and the plasma potential at different radial and axial positions and magnetic field intensities were measured and a theoretical model was developed to understand the dynamics of the plasma entry and guiding in the filter. This model takes into account magnetic field variations and Gaussian ion radial profiles. An analysis of the experimental results with the theoretical model shows that, in our device, as the magnetic field intensity increases along the filter, the plasma motion evolves from a radial compression with a low rotational velocity at the filter entrance to a rotating jet guided along the duct. The coatings study was performed with cathodes of Cu, Ni, Ti, Zr and Mo. It involved microscopy techniques a well as x-ray diffraction and reflectometry. The films were found to be grown nano-structured with columnar grains, and thicknesses of about 10 nm per discharge. The presence of macroparticles in the films has been also studied. It was found that number and size of the macroparticles varied with the melting point of the film material. At the filter entrance, the axial magnetic field led to a considerable reduction of the number of macroparticles normalized to the collected ion current.However, no further reduction was observed in films obtained at the end of the magnetic filter, thus implying that the macroparticle flux is not appreciably reduced along the tube.

Raspa, Verónica. "Medición del espectro continuo de la radiación x de alta energía emitida por un Plasma Focus, dosimetría y aplicaciones" (2009) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En la presente tesis se ha estudiado un Plasma Focus de 4.7 kJ, como fuente pulsada de rayos x de alta energía y explorado sus aplicaciones en cuanto a la obtención de radiografías no convencionales. Se formuló e implementó experimentalmente un método de análisis espectral basado en la atenuación diferencial de la radiación de interés en muestras metálicas, y en el análisis densitométrico de sus radiograf ías. Como filtros se emplearon muestras de cobre, níquel, titanio y plata con espesores comprendidos entre 0.1 y 10 mm. La radiación x fue detectada empleando un sistema de película-pantalla de uso habitual en radiografía general. Los resultados muestran que las componentes más importantes del espectro se hallan comprendidas entre 40 y 150 keV. El método de análisis espectral propuesto es de sencilla aplicaci ón en otros laboratorios, no tiene costo excesivo y permite determinar el espectro x emitido en un único disparo del equipo a partir de radiografías con exposición autocalibrada. El efecto que tiene el uso de muestras de espesor finito en la medición, fue analizado mediante simulaciones realizadas usando el código MCNP, de la transmisión de fotones con energías en el rango de interés, en muestras como las empleadas. Se estudió también la reproducibilidad de las propiedades espectrales en condiciones en las que el equipo está en régimen de operación optimizada para la producción de rayos x. Los resultados demuestran que la emisión x empleada en las aplicaciones radiográficas de interés, tiene propiedades espectrales reproducibles respecto de los parámetros de operación del Plasma Focus. Se ha investigado experimentalmente el campo dosimétrico x de la fuente, empleando detectores TLD 700 (LiF:Mg,Ti). Los detectores fueron procesados empleando un equipo marca Harshaw modelo QS3500. Se obtuvo que a 53 cm de la fuente y sobre el eje de simetría de los electrodos, la dosis es de (53 +/- 3)muGy y que resulta uniforme para ángulos menores a 6 medidos respecto de dicho eje. Adicionalmente se presentan resultados de la dependencia de la dosis con la posición angular respecto del eje de simetría de los electrodos. Se exploraron distancias fuente-detector comprendidas entre 50 y 100 cm, y posiciones angulares de +/- 70º . Finalmente, se presenta una muestra de los resultados que pueden lograrse empleando un Plasma Focus como fuente de radiación pulsada para obtener radiografías de objetos metálicos, incluso cuando estos están ocultos detrás de paredes también metálicas.

Abstract:
A 4.7 kJ Plasma Focus was considered as a pulsed hard x ray source and then was applied to non conventional radiographies A radiographic method is proposed and then applied to infer the continuum part of the hard x-ray spectrum from differential absorption measurements on metals. Copper, nickel, titanium and silver samples with thicknesses spanning between 0.1 and 10 mm were employed as filters. The x-ray radiation was detected using a standard radiographic screen-film system. The results show the presence of a dominant peak around 75 keV with significant spectral components in the range of 40 to 150 keV. The method is easy to follow, inexpensive, and allows for calibrated, single shot, spectral measurements. MCNP numerical simulations of the photon transmission through the considered samples, were used to evaluate the effect of using thick samples to meassure the spectrum. Such analysis allows to refine both: the desingn of the samples thickenesses and materials, and the infered spectrum. Reproducibility of the spectral properties of the investigated hard x-ray emission with the device operation parameters, was observed. Dosimetric measurements of the hard x-ray radiation were carried out with a set of thermoluminescent detectors TLD 700 (LiF:Mg,Ti). The detectors were processed with a Harshaw QS3500 device. A dose of (53 +/- 3) muGy was measured on the electrodes axis placing the detectors ata 53 cm from the source. Uniform dose was registered for angles lower than 6 mesured from the electrodes axis. We also present results of the dose dependence with the angular position relative to the symmetry axis of the electrodes. The source-detector distance was changed in the range from 50 to 100 cm, and the angular positions were explored between +/- 70º relative to the symmetry axis of the electrodes. Finally, the device was used as a pulsed hard x-ray source for fast radiography of metallic pieces even through several millimeter thick metallic walls.

Knoblauch, Pablo Tomás. "Caracterización de la emisión neutrónica y del espectro de radiación x de alta energía generados en una descarga plasma focus" (2011-11-29) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En la presente tesis se exponen los resultados del estudio de la radiación x de alta energía y de los neutrones que son emitidos por un dispositivo plasma focus de 4.7 kJ operado con mezclas de deuterio y argón. La anisotropía de emisión neutrónica fue estudiada empleando 2 detectores por activación de plata. Dichos detectores se ubicaron sobre el eje de simetría de los electrodos y a 90º. Se exploraron presiones de carga entre 3 y 6 mbar y mezclas de deuterio con 2.5% y 5% de argón además de deuterio puro. La anisotropía medida varía entre 1.6 para 3 mbar con 0% de argón y 1.4 para 5 mbar con 5% de argón. Mediante simulaciones de Monte Carlo, con el código MCNP, se estudió la influencia que tienen los materiales que componen la cámara de descargas y los objetos que rodean al dispositivo en la anisotropía medida. Los resultados de las simulaciones mostraron que la base de la cámara, construida en Nylon, influye significativamente en la anisotropía de emisión detectada. Las investigaciones correspondientes a la producción neutrónica, mostraron que una mezcla de deuterio con 2.5% de argón, respecto del caso con deuterio puro, aumenta la emisión de neutrones. El análisis de los resultados se completó con un modelo que tiene en cuenta el agregado de argón, lográndose un buen acuerdo con los datos experimentales. Para determinar los componentes espectrales de la radiación x, se desarrolló un formalismo que considera el efecto dispersor de los fotones que atraviesan un conjunto de filtros metálicos acoplados a un sistema pantalla-película. La dispersión de los fotones se calculó con el código MCNP, estudiando el espectro generado por fotones monocromáticos de energías entre 20 keV y 600 keV, que inciden sobre una muestra metálica. La información experimental se obtiene del análisis densitométrico de las radiografías, que fueron expuestas a la radiación atenuada en muestras de plata, cobre, níquel y titanio con espesores entre 0.01 cm y 1.0 cm. Los resultados del espectro reconstruido para distintas presiones y mezclas de gases muestran un pico predominante alrededor de 80 keV con componentes espectrales relevantes entre 55 keV y 150 keV. A partir de simulaciones con MCNP, los espectros experimentales fueron comparados con los espectros generados por fuentes monocromáticas de electrones que impactan en la base del ánodo.

Abstract:
The hard x ray radiation and neutrons emitted by a 4.7 kJ plasma focus operated with deuteriumargon mixtures are studied. The anisotropy of neutrons was measured with 2 dectectors based in silver activation. The detectors were located on the electrode’s axis simetry and 90º. Pressures between 3 to 6 mbar and mixtures of deuterium with 0%, 2.5% and 5% argon were explored. Values of measured anisotropy are between 1.6 for 3 mbar with 0% of argon and 1.4 for 5 mbar with 5%. Monte Carlo simulations with the MCNP code were carried out to study the influence of the materials of the discharge chamber and the objects that sorround the device on the anisotropy. The simulations show that the base of the chamber, build in Nylon, affect the measured anisotropy. The experimental measurements of the neutronic production have shown that a mixture of deuterium with 2.5% argon increases the emission of neutrons, in comparison with pure deuterium. To complete the analysis, a model including the additon of argon was developed, showing a good agreement with experimental data. To determine the spectral components of hard x rays, the attenuation and scattering of the photon beams produced by the discharges in a set of metallic filters was studied. The scattering and the attenuation of photons were calculated with MCNP code, considering the spectrum generated by sources of monochromatic photons of energies between 20 keV and 600 keV that impact a metallic sample. Experimental data was obtained from the densitometric analysis of radiographies that were impressed by attenuated radiation in silver, copper, nickel and titanium samples of thickness in the range of 0.01 cm to 1.0 cm. Spectrums obtained from experimental data for different pressures and gas mixtures were obtained, showing a dominant peak around 80 keV with spectral components between 55 keV and 150 keV. Numerical simulations with MCNP were conducted to compare the experimental spectrum with spectrums generated by monochromatic sources of electrons that impact the anode base.

Bejarano, Cecilia Soledad. "Estudio teórico y numérico de inestabilidades Hall-MHD en flujos tipo shear" (2012) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
La presente Tesis se propone, como objetivo general, contribuir al estudio de los plasmas astrofísicos que conforman diversas configuraciones en el Universo; mientras que, como objetivo específico, se plantea investigar el desarrollo de inestabilidades en la microescala de plasmas completamente ionizados. En concreto, se analiza el rol del efecto Hall en la dinámica microscópica asociada a pequeñas parcelas de fluido inmersas en un flujo macroscópico tipo shear. A tal fin, se utiliza como marco teórico las ecuaciones de la teor´ıa magnetohidrodinámica, en la aproximación shearing-box, teniendo en cuenta los términos adicionales correspondientes a las corrientes de Hall. Puntualmente, se estudia la evolución de una nueva inestabilidad a la cual se nombra Hall-MSI (Hall Magneto-Shear Instability). Con este propósito, se desarrolla un modelo analítico que proporciona una descripción del comportamiento de esta inestabilidad en el régimen lineal. Los resultados teóricos obtenidos se corroboran a su vez mediante cálculos numéricos. Asimismo, las simulaciones numéricas son fundamentales para abordar el estudio de la evolución no lineal del sistema. La comprensión de los procesos físicos involucrados en la microescala, responsables de los mecanismos de transporte, presumiblemente permitirá desarrollar modelos macroscópicos que profundicen los conocimientos de distintos fenómenos astrofísicos. En este contexto, el trabajo efectuado en esta Tesis resulta especialmente importante en el análisis de los procesos de acreción y de los mecanismos de eyección, sustentación y colimación de los denominados jets. Por un lado, el efecto Hall ciertamente modifica la inestabilidad magneto-rotacional, principal candidato para explicar el origen de la microturbulencia en discos de acreción. Por el otro, el desarrollo de la inestabilidad Hall magneto-shear podría afectar la evolución de la inestabilidad de Kelvin-Helmholtz, particularmente relevante en la interfaz entre jet y medio circundante.

Abstract:
The present Thesis aims to contribute to the study of astrophysical plasmas which are ubiquitous in the Universe in several configurations, dealing with the development of micro instabilities in fully ionized plasmas. It specifically adresses the role of the Hall effect in the dynamics of the micro-scale associated to small parcels of fluids embedded in a macroscopic shear flow. For this purpose, the framework of magnetohydrodynamics in the shearing-box approximation is adopted, with additional terms related to the Hall currents. Moreover, it studies the evolution of a new instability called Hall-MSI (Hall Magneto-Shear Instability). To this end, an analitical model is developed in order to describe the linear behavior of this instability. Furthermore, the theoretical results are corroborated by numerical simulations. In addition, the numerical approach allows to extend the evolution into the non-linear regime. The comprehension of the physical processes involved in the microscopic scales, which are responsible for the transport mechanisms, will hopefully contribute to develop macroscopic models to improve the knowledge of many astrophysical phenomena. In this context, the results reported in this Thesis may be important to enhance the understanding of the physics regarding accretion processes and launching, collimation and sustain mechanisms of astrophysical jets. On the one hand, the Hall effect certainly modifies the magneto-rotational instability, which is the main candidate to explain the origin of the microscopic turbulence in accretion disks. On the other hand, the Hall magneto-shear instability might affect the development of the Kelvin- Helmholtz instability, which is relevant at the interface between the jet and the surrounding environment.

Martín, Luis N.. "Turbulencia Hall-MHD en un campo magnético fuerte" (2013) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
En términos generales existen dos perspectivas para modelar la dinámica de los plasmas. Por un lado están los modelos cinéticos y por el otro los modelos de medios continuos (o modelos de fluidos). La teoría cinética describe a los plasmas desde la naturaleza microscópica del sistema. Las teorias de fluídos por otro lado describen de manera natural los fenómenos a escalas macroscópicas. La mayor complicación del estudio de la turbulencia magnetohidrodinámica (y también la hidrodinámica) es que es un problema de multiescalas. Los rangos de escala que están en los extremos (macro y micro) son claros dominios de una y otra teoría, sin embargo las escalas que se encuentran entre las escalas MHD y la escala de Kolmogorov (o de disipación) son un rango controversial al respecto. En esta tesis se introducen efectos cinéticos en la magnetohidrodinámica de medios continuos, a traves de modelos de dos fluidos que consideran la separación entre iones y electrones, En particular, se desarrolla un modelo aproximado de dos fluidos para plasmas con campo magnético fuerte que presenta importantes ventajas computacionales. El interes en el efecto del término Hall con campo magnético fuerte está motivado por las observaciones geofísicas, astrofísicas y la implementación tecnológica de confinamiento por medio de guías magnéticas. El primer paso consistió en testear el modelo aproximado frente al modelo Hall-MHD general. Luego desarrollamos un estudio detallado que incluyó múltiples puntos de vista. Mostramos que el efecto Hall afecta los valores de las las magnitudes globales y sus tiempos característicos. La distribución de energía por escalas se ve también modificada, incrementándose el rango de escalas disipativas. Se modifican las estructuras del flujo cambiando su forma y tamaño en las escalas comprendidas entre el ion skin depth (o escala de Hall) y la escala de Kolmogorov. Se reduce la intermitencia espacial y la autosimilaridad del flujo se incrementa tendiendo a lamonofractalidad. Se analiza el efecto sobre la formación y estructura de las hojas de corriente. Se analizan las propiedades estadísticas del flujo, en particular la fractalidad y el efecto sobre la dimensionalidad de las estructuras responsables de la disipación. Finalmente, extendemos los primeros efectos cinéticos mas allá del efecto Hall introduciendo la inercia electrónica y presentamos resultados preliminares que muestran que la masa electrónica afecta la dinámica mas allá de los efectos del término Hall.

Abstract:
There are broadly two approaches for modeling the dynamics of plasma. On one side are the kinetic theory models and on the other continuum models (or fluid models). The kinetic theory describes the plasmas from a microscopic point of view. On the other hand, the fluid models describe phenomena at macroscopic scales. The major complication in the study of magnetohydrodynamic turbulence (and hydrodynamic) is that it is a multi-scale problem. The scale ranges that are at the extremes (macro and micro) are clearly domains of one theory or the other, however, scales between MHD scale and Kolmogorov (or dissipation) scales are controversial. In this thesis we introduce the first kinetic effects into the continuous media magnetohydrodynamic description, considering a two-fluid model, which thakes into accounr the separation between ions and electrons. In particular, we develop an approximate model of two fluids for plasmas with a strong magnetic fields, where variations along the direction of the magnetic field are smoother than transverse variations. This approximate model shows imortant computational advantages against the fully general tridimensional Hall MHD model. The interest in the effect of the Hall term in a strong magnetic field is in turn motivated by geophysical and astrophysical observations, and technological implementation of confinement through magnetic guides. The first step was to test the approximante model with the full general Hall-MHD model. We then developed a detailed study which included multiple points of view. We showed that the Hall effect affects the values global quantities and their characteristic times. It also modifies the distribution of energy among scales, increasing the range of dissipative scales. It affects flow structures changing its shape and size between the ion skin depth (Hall scale) and Kolmogorov scale. The intermittency is reduced and self-similarity of the flow increases approaching monofractality. We analyzed the effects on the formation and structure of current sheets (important for the energy dissipation). We studied the statistical properties of the flow, particularly the fractality and the effect on the dimensionality of the structures responsible for the dissipation. Finally, we extend the first kinetic effects beyond the Hall effect, considering electron inertia and introduce preliminary results showing that the electronic mass affects the dynamics beyond the effects of the Hall term.

Ruiz, María Emilia. "Evolución dinámica de la turbulencia en el viento solar" (2014-03-26) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
La turbulencia es ubicua en el universo. Tanto observaciones remotas en el medio interestelar local como observaciones in situ en el viento solar (VS) han mostrado evidencia sobre la presencia de dinámica turbulenta en estos escenarios. El VS provee el túnel de viento con mayor número de Reynolds que permite estudiar turbulencia magnetohidrodinámica (MHD) con métodos de observación in situ. En este trabajo se estudia la evolución de la turbulencia MHD en el VS, caracterizando el proceso de envejecimiento y rejuvenecimiento de los estados turbulentos inicialmente desarrollados cerca del Sol. Como herramienta de diagnóstico de la turbulencia empleamos la función de correlación espacial R y la longitud de correlación asociada λ, calculadas ambas a partir de observaciones realizadas in situ en el VS por las sondas Helios 1, Helios 2, ACE y Ulysses. En esta tesis se muestra que en turbulencia MHD existe para R una escala de autosimilaridad dada por λ, y por primera vez se calcula el exponente espectral de las fluctuaciones magnéticas con una base estadística de 10 años. Realizamos un estudio evolutivo de la escala de similaridad en término de la edad de las parcelas de plasma. Además, caracterizamos la función de distribución de probabilidad (FDP) de λ a diferentes distancias heliocéntricas para dos regímenes de viento caracterizados por valores diferentes del beta de protones. Encontramos que la FDP de λ es lognormal y bi-modal, presentando diferentes parámetros en cada régimen, consistente con la variedad de procesos multiplicativos y no lineales que tienen lugar en el VS. Investigamos las propiedades anisótropas de las fluctuaciones a diferentes heliodistancias respecto del campo medio Bₒ. Mostramos que el VS rápido y el VS lento no son intrínsecamente diferentes, sino que la diferente manifestaci ón de la anisotropía en estos regímenes es consecuencia de la evolución dinámica de las fluctuaciones, independiente de la velocidad del viento e incluso de la etapa del ciclo de actividad solar. La cascada direccional de energía da lugar a una migración de la energía desde vectores de onda paralelos a Bₒ hacia vectores de onda perpendiculares a Bₒ a medida que el viento envejece.

Abstract:
Turbulence is ubiquitous in the Universe. Both, remote observations in the local interstellar medium and in situ observations in the Solar Wind (SW) have shown evidence for the presence of turbulent dynamics in these scenarios. The SW provides the wind tunnel with highest Reynolds number where to study magnetohydrodynamics (MHD) turbulence by means of observational in situ techniques. In this work we study the evolution of MHD turbulence in the SW, characterizing the process of aging and rejuvenation of the turbulent states initially developed near the Sun. As a diagnostic tool of the turbulence we employ the spatial correlation function R and the associated correlation length λ, both estimated from in situ SW observations performed by the spacecrafts Helios 1, Helios 2, ACE y Ulysses. In this Thesis we show that in MHD turbulence exists a scale of self-similarity for R given by λ, and for the first time we estimate the spectral exponent of the magnetic fluctuations with an extense statistical data base of ten years. We perform an evolutive study of the self-similarity scale in terms of the age of the plasma parcels. Besides, we characterize the probability distribution function (PDF) of λ at different heliocentric distances for two SW regimes distinguished by different values of proton beta. We find that the PDF of λ is lognormal and bi-modal, displaying distinct parameters in each regime, consistent with the variety of non-linear multiplicative processes taking place in the SW. We investigate the different anisotropic properties of the fluctuations at different heliodistances with respect to the mean field Bₒ. We show that the fast and slow SW are not intrinsically different, but the different manifestation of anisotropy in these regimes is a consequence of the dynamic evolution of the fluctuations, independent of wind speed and even of the activity solar cycle. Energy directional cascade leads to a migration of energy from wave vectors parallel to Bₒ to wave vectors perpendicular to Bₒ as the wind age.

Andrés, Nahuel. "Fenómenos cinéticos de plasma en el medio interplanetario" (2015-11-30) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Romanelli, Norberto Julio. "Transferencia de energía y cantidad de movimiento en magnetósferas inducidas" (2015-12-04) Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires

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Resumen:
La presente tesis propone, como objetivo general, contribuir al estudio de los plasmas astrofísicos presentes en los alrededores y dentro de diferentes magnetósferas inducidas en el sistema solar, más específicamente las de Marte, Titán, Venus y el cometa P/Halley. Utilizando mediciones provistas por distintas misiones espaciales conjuntamente con herramientas teóricas, se estudian propiedades fundamentales de las mismas y su relación con los distintos fenómenos de transferencia de energía y cantidad de movimiento entre cada uno de dichos objetos y el plasma que los rodea. Específicamente, se determinan propiedades de ondas de plasma observadas en las cercanías de Marte y Venus por las sondas Mars Global Surveyor (MGS) y Venus Express (VEX) y su relación con inestabilidades microscópicas que derivan de la interacción de sus exósferas con el viento solar. A tal fin se utiliza como marco teórico general la descripción magnetohidrodinámica (MHD), aunque teniendo en cuenta también efectos adicionales tales como la corriente de Hall y otros derivados a partir de la teoría cinética. A partir de modelos teóricos advertimos que las ondas observadas proveen evidencia indirecta de la pérdida de neutros atmosféricos en ambos planetas. Asimismo, a partir de las ecuaciones MHD también modelamos la estructura global de las magnetósferas inducidas y su dependencia con las variaciones del medio circundante, obteniendo resultados concordantes con observaciones de la morfología magnética provistas por MGS en el entorno marciano. La morfología magnética es también estudiada en el entorno del cometa Halley (en estado activo) por medio de observaciones provistas por la sonda Vega-1, permitiendo complementar estudios previos acerca de las discontinuidades situadas dentro de esta clase de magnetósferas. Gracias a observaciones provistas por la sonda Cassini, se investigaron también los procesos de aceleración de partículas cargadas provenientes de la atmósfera de Titán. Dichos estudios muestran la importancia de las fuerzas de tensión magnética en estos entornos y nos permiten derivar estimaciones del flujo de partículas que pierde dicho satélite. En síntesis, el trabajo efectuado en esta tesis se ha centrado en la compleja interacci ón de los objetos atmosféricos mencionados con sus respectivos entornos de plasma magnetizados y ha permitido, entre otras cosas, evaluar distintos procesos de transferencia de energía y cantidad de movimiento.

Abstract:
The main goal of the present thesis is to contribute to the study of the astrophysical plasmas in the surroundings and within different induced magnetospheres (IMs) in the solar system, more specifically those of Mars, Titan, Venus and Halley's comet. By making use of measurements provided by different space missions together with theoretical tools, we study fundamental properties of these environments and their relationship with different phenomena of transfer of energy and linear momentum between each of these objects and the plasma around them. Specifically, we determine properties of the plasma waves observed by the Mars Global Surveyor (MGS) and Venus Express spacecrafts in the surroundings of Mars and Venus, and their relationship with microscopic instabilities that arise as a result of the interaction of their exospheres with the solar wind. To this end, we use the magnetohydrodynamic (MHD) description as a general theoretical framework, taking also into account additional effects such as the Hall current and other kinetic effects. From theoretical models, we find that these waves provide indirect evidence of the loss of neutral atmospheric particles in both planets. Additionally, by making use of the MHD equations, we model the global structure of the IMs and its response to variabilities on the surrounding medium. Our results are in agreement with observations of the magnetic field morphology obtained by MGS in the Martian environment. The magnetic field morphology is also studied in the surroundings of Halley's comet (in active state) by means of measurements provided by the Vega-1 spacecraft. This allows to complement previous works about the discontinuities located inside this kind of magnetospheres. Thanks to measurements provided by the Cassini spacecraft, we also investigate the acceleration processes of charged particles originated in the atmosphere of Titan. These studies show the importance of the magnetic tension forces in these environments and allow to derive estimates of the flux of particles that escape from this moon. In summary, the work performed in this thesis has been focused on the complex interaction between the previously mentioned atmospheric objects and their respective magnetized plasma environments. Among other things, the present study has allowed to evaluate different processes of transfer of energy and linear momentum.

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