FENÓMENOS EN EL PLASMA
EstrujamientoLas configuraciones plasmáticas más típicas son las fibras a través de las cuales circula una corriente eléctrica (estrujamiento o pinch). Las encontramos en los canales de los rayos, en las protuberancias en el Sol y nebulosas alejadas y en el núcleo de las galaxias. Así como para las interacciones gravitacionales son características las estructuras esféricas (estrellas, glóbulos, planetas) así las estructuras cilíndricas son características de los plasmas. La corriente circulante genera un campo magnético, el cual hace rotar al estrujamiento. Este campo comprime al estrujamiento a través del gradiente llamado presión magnética pm = B2/2μ y contra él reacciona el gradiente de presiones de la materia y la radiación. (En las estrellas contra el gradiente de presión de la radiación y la materia reacciona la gravedad). La presencia de estructuras fibrosas en el Universo regularmente significa la presencia de materia ionizada y campos magnéticos.
Estrujamiento
Oscilaciones y ondasEn el plasma se pueden manifestar una cantidad grande de las más diversas ondas y oscilaciones. La riqueza de estos fenómenos esta dado por la reacción del plasma a los campos eléctricos y magnéticos. De esto son desprovistos los gases normales y las ondas que se propagan en gases y líquidos no llegan ni al décimo de modos de ondas que se propagan en el plasma. A grandes rasgos las ondas se pueden clasificar en dos partes:
DerivasEl movimiento típico de las partículas cargadas es en forma de círculos o hélices alrededor de las líneas de fuerza del campo magnético. A este movimiento se le llama rotación de Larmor (giro, movimiento ciclotrónico). A la frecuencia del movimiento se le llama frecuencia ciclotrónica (ω = QB/m) y al radio de órbita radio de Larmor (RL = mv/QB). Si en el plasma esta presente algún otro campo (por ejemplo eléctrico), que cambie poco en el tiempo y el espacio en comparación con el período y radio de la rotación de Larmor, entonces se manifiesta una deriva. Se trata del movimiento de partículas cargadas a lo largo curvas perpendiculares al campo eléctrico (u otro) y al campo magnético, a las cuales llamamos trocoides (un ejemplo especial es el cicloide). La velocidad del movimiento curvilíneo (deriva) es vD = F×B/QB2. Para el campo eléctrico F = QE, la magnitud de esta velocidad es vD = E/B. Es un hecho muy conocido, que la proporción entre el campo eléctrico y el magnético es la velocidad típica en un sistema dado. En ondas electromagnéticas es por ejemplo E/B = c. En el plasma se trata de la velocidad típica de deriva de las partículas.
Fuerza grad BLas partículas cargadas son comprimidas desde la zona más fuerte del campo magnético F = −μ grad B. Esta fuerza produce por ejemplo el fenómeno conocido como espejo magnético, donde las partículas son reflejadas en las zonas con una mayor densidad de líneas de fuerza magnéticas a las zonas con una menor densidad de las mismas. También actúa en partículas cargadas que rotan a lo largo de las líneas de fuerza del campo magnético de la Tierra, las cuales fueron atrapadas del viento solar. En las zonas polares, donde el campo es más fuerte (las líneas de fuerza son más densas) las partículas se reflejan y viajan de regreso a lo largo de las líneas de fuerza. En los lugares de reflejo de las partículas se da un brillo sincrotrónico (desacelerante).
InestabilidadesEl plasma es como un saco de pulgas. En el laboratorio siempre se nos escapa precisamente hacia donde no queremos. El culpable de esto pueden ser distintos tipos de inestabilidades en el plasma, las cuales en el Universo pueden transformarse en estructuras muy interesantes. Hablamos de inestabilidad siempre que la influencia de eventos pequeños (fluctuaciones aleatorias, disturbios producto de influencias internas, etc.) desemboca en un cambio completo de configuración del plasma. Mostremos solo algunas de ellas: Inestabilidad “cuentas de collar” [también conocida como “de salchicha” o técnicamente como m = 0 (N. del T.)]: Si una fibra de plasma, a través de cuyo eje circula una corriente, se llega a estrangular, el campo magnético inducido profundizará dicho estrangulamiento hasta que se desintegre la fibra en pequeñas zonas o “cuentas de collar”. Esta inestabilidad es fuertemente suprimida en estrujamientos helicoidales, donde la corriente y el campo magnético tienen ambos componentes cilíndricos – axiales (a lo largo de un eje) y azimutales (alrededor de una circunferencia) creándose una espiral de fibras.
Inestabilidad de enroscamiento: Si acaso la fibra plasmática, a través de cuyo eje circule una corriente, aleatoriamente se inflexionase, el campo magnético inducido profundizará esta inflexión. Incluso esta inestabilidad es parcialmente suprimida en un estrujamiento helicoidal. ![]() Inestabilidad de Diocotrón: si por alguna razón el estrujamiento desemboca en una separación de las cargas eléctricas en el sentido radial, aparece un campo eléctrico no nulo, el cuál junto con el campo magnético axial Bz produce una deriva de la velocidad azimutal vφ. Todo el estrujamiento comienza a rotar con rotación diferencial (las zonas con diferente alejamiento del eje rotan con diferente velocidad). En la superficie del estrujamiento se hacen contiguas dos zonas con diferente velocidad (el estrujamiento que rota y su contexto de alrededor) y puede desembocar en el desarrollo de una inestabilidad conocida de las observaciones en fluidos con corriente eléctrica. A esta inestabilidad la llamamos de diocotrón. La consecuencia típica es una modificación de la superficie del estrujamiento en una estructura de vórtices.
Traducción: Arturo Ortiz Tapia, 2005 |