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Electrones desbocados

El término electrones fugitivos (RE) se utiliza para designar a los electrones que experimentan una aceleración en caída libre hacia el reino de las partículas relativistas . Los RE pueden clasificarse como térmicos (de menor energía) o relativistas. Se cree que el estudio de los electrones fugitivos es fundamental para nuestra comprensión de la física atmosférica de alta energía. [1] También se observan en los dispositivos de fusión tokamak , donde pueden dañar los reactores.

Iluminación

Los electrones desbocados son el elemento central de la teoría de propagación de rayos basada en la ruptura desbocada . Desde el trabajo de CTR Wilson en 1925, [2] se han llevado a cabo investigaciones para estudiar la posibilidad de que los electrones desbocados, basados ​​en rayos cósmicos o de otro tipo, inicien los procesos necesarios para generar rayos. [3]

Aparición extraterrestre

Además de la Tierra, es posible que se estén produciendo descargas de electrones en los cuatro planetas gigantes . Los estudios simulados predicen que es probable que los procesos de ruptura descontrolada se produzcan en estos planetas gaseosos con mucha más facilidad que en la Tierra, ya que el umbral para que comience la ruptura descontrolada es mucho menor. [4]

Plasma de alta energía

El fenómeno de los electrones desbocados se ha observado en plasmas de alta energía . Pueden suponer una amenaza para las máquinas y los experimentos en los que existen estos plasmas, incluido el ITER . Existen varios estudios que examinan las propiedades de los electrones desbocados en estos entornos ( tokamak ), buscando suprimir mejor los efectos perjudiciales de estos electrones desbocados no deseados. [5] Mediciones recientes revelan una difusión de iones de impurezas mayor de lo esperado en mesetas de electrones desbocados, posiblemente debido a la turbulencia. La elección entre inyecciones de gas de número atómico (Z) alto y bajo para las técnicas de mitigación de disrupciones requiere una mejor comprensión del transporte de iones de impurezas, ya que estos iones pueden no mezclarse completamente en el impacto, lo que afecta la prevención del daño de la pared de electrones desbocados en conceptos de tokamak de gran tamaño, como el ITER. [6]

Simulaciones numéricas y por computadora

Este fenómeno altamente complejo ha resultado difícil de modelar con sistemas tradicionales, pero se ha modelado en parte con la supercomputadora más poderosa del mundo. [7] Además, se han simulado aspectos de la fuga de electrones utilizando el popular módulo de modelado de física de partículas Geant4 . [8]

Experimentos basados ​​en el espacio

Referencias

  1. ^ Dwyer, Joseph R.; Smith, David M.; Cummer, Steven A. (1 de noviembre de 2012). "Física atmosférica de alta energía: destellos de rayos gamma terrestres y fenómenos relacionados". Space Science Reviews . 173 (1–4): 133–196. Bibcode :2012SSRv..173..133D. doi : 10.1007/s11214-012-9894-0 . ISSN  0038-6308.
  2. ^ Wilson, CTR (1925). "La aceleración de partículas β en campos eléctricos intensos como los de las nubes de tormenta". Proc. Cambridge Philos. Soc . 22 (4): 534–538. Bibcode :1925PCPS...22..534W. doi :10.1017/s0305004100003236. S2CID  121202128.
  3. ^ Gurevich, Av; Milikh, Gm; Roussel-Dupre, R. (1992). "Mecanismo de electrones desbocados de descomposición del aire y preacondicionamiento durante una tormenta eléctrica". Physics Letters . 165.5 (5–6): 463. Bibcode :1992PhLA..165..463G. doi :10.1016/0375-9601(92)90348-p.
  4. ^ Dwyer, J; Coleman, L; Lopez, R; Saleh, Z; Concha, D; Brown, M; Rassoul, H (2006). "Descomposición descontrolada en las atmósferas jovianas". Geophysical Research Letters . 33 (22): L22813. Bibcode :2006GeoRL..3322813D. doi : 10.1029/2006gl027633 .
  5. ^ Reux, C.; Plyusnin, V.; Alper, B.; Alves, D.; Bazylev, B.; Belonohy, E.; Boboc, A.; Brezinsek, S.; Coffey, I.; Decker, J (1 de septiembre de 2015). "Generación de haces de electrones fuera de control y mitigación durante interrupciones en JET-ILW". Fusión nuclear . 55 (9): 093013. Bibcode :2015NucFu..55i3013R. doi :10.1088/0029-5515/55/9/093013. hdl : 11858/00-001M-0000-0029-04D1-5 . ISSN  0029-5515. S2CID  92988022.
  6. ^ Hollmann, EM; Bortolon, A.; Effenberg, F.; Eidietis, N.; Shiraki, D.; Bykov, I.; Chapman, BE; Chen, J.; Haskey, S.; Herfindal, J.; Lvovskiy, A.; Marini, C.; McLean, A.; O'Gorman, T.; Pandya, MD; Paz-Soldan, C.; Popović, Ž. (2022-02-02). "Medición dinámica del transporte de iones de impurezas en mesetas de electrones fuera de control en DIII-D". Fusión nuclear . 29 (2): 022503. Código Bibliográfico :2022PhPl...29b2503H. doi : 10.1063/5.0080385 . S2CID  246504822.
  7. ^ Levko; Yatom; Vekselman; Glezier; Gurovich; Krasik (2012). "Simulaciones numéricas de generación de electrones fuera de control en gases presurizados". Revista de Física Aplicada . 111 (1): 013303–013303–9. arXiv : 1109.3537 . Código Bibliográfico :2012JAP...111a3303L. doi :10.1063/1.3675527. S2CID  119256027.
  8. ^ Skeltved, Alexander Broberg; Østgaard, Nikolai; Carlson, Brant; Gjesteland, Thomas; Celestin, Sebastien (2014). "Modelado de la avalancha de electrones relativista desbocada y el mecanismo de retroalimentación con GEANT4". Revista de investigación geofísica: Física espacial . 119 (11): 9174–9191. arXiv : 1605.07771 . Código Bibliográfico :2014JGRA..119.9174S. doi :10.1002/2014JA020504. PMC 4497459 . PMID  26167437.