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Ver el documento (formato PDF)   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.

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Registro:
Título : Turbulencia Hall-MHD en un campo magnético fuerte     =    Hall-MHD turbulence in a strong magnetic field
Autor : Martín, Luis N.
Director : Dmitruk, Pablo
Consejero : Caputo, Cristina
Jurados : Minotti, Fernando  ; Costa, Andrea  ; Vázquez, Alberto
Año : 2013
Editor : Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
Filiación : Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Departamento de Física
Grado obtenido : Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Físicas
Ubicación : Preservación - http://digital.bl.fcen.uba.ar/gsdl-282/cgi-bin/library.cgi?a=d&c=tesis&d=Tesis_5424_Martin
Idioma : Inglés
Area Temática : Física / Física del Plasma
Física / Electromagnetismo
Palabras claves : EFECTO HALL; TURBULENCIA; MAGNETOHIDRODINAMICA; MHD; HALL-MHD; HALL EFFECT; TURBULENCE; MAGNETOHYDRODYNAMICS; MHD; HALL-MHD
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