Optimización de la función de distribución de energía de los electrones en láseres de nitrógeno sin cavidad

Abstract

La monitorización de la atmósfera con el objetivo de detectar a distancia trazas de gases y patógenos presenta una gran relevancia en medio ambiente y seguridad. Entre las técnicas más importantes se encuentra el análisis atmosférico mediante el uso de la acción láser. En este sentido, destaca la detección de emisión estimulada empleando receptores en la superficie terrestre. El método consiste en la creación de un plasma mediante el empleo de pulsos láser enviados desde la superficie. El filamento de plasma débilmente ionizado es capaz de medir y amplificar la radiación ultravioleta. Esta radiación permite analizar el aire atmosférico atravesado y detectar la presencia de contaminantes o trazas de gases. Para comprender los fenómenos que se dan usando este método es necesaria la realización de experimentos en laboratorio. Estos implican el empleo de una gran cantidad de recursos, por lo que es muy conveniente la existencia de herramientas que modelicen los fenómenos físicos asociados y sirvan como entorno de investigacón. El código DeepOne surge como respuesta a estas necesidades. En él, tomando el nitrógeno como medio amplificador, se va a modelizar el experimento para que sea posible observar el comportamiento del plasma ante la variación de parámetros sin la necesidad de llevar a cabo experimentos en laboratorio, suprimiendo los inconvenientes asociados. DeepOne es el resultado de la cooperación entre el Instituto de Fusión Nuclear de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) y el Laboratoire d'Optique Appliquée (LOA) de París, el cual opera bajo la supervisión de L' Ecole Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA), Ecóle Polytechinque y Centre national de la recherche scientique (CNRS). La evolución en 3D de DeepOne, Dagón, se ha programado en el Instituto de Fusión Nuclear en el marco de una Marie Sklodowska-Curie fellowship, lo que implica financiación por parte de la Unión Europea. El principal encargado del desarrollo del código DeepOne es el Dr. Eduardo Oliva Gonzalo, quien ha dirigido cinco trabajos anteriores a este enfocados al desarrollo de DeepOne, así como al entendimiento de los resultados de los experimentos. Esta colaboración comenzó en 2016 con los trabajos de Sergio Vicens de Cabo y Juan Carlos Escudero, a los que siguieron los de Javier Vera Gallego , Alberto Sanchís Sebastiá y Antonio Luque Robles . Dado que el nitrógeno es el componente mayoritario del aire - supone el 78% - y el código presenta resultados positivos a la hora de estudiar la amplicación de radición ultravioleta en nitrógeno, se puede afirmar que va a proporcionar una buena estimación de lo que sucede en el aire. Una de las posibles líneas de trabajo que se presentan de cara al futuro es la inclusión del oxígeno entre los parámetros del código. El trabajo llevado a cabo durante estos dos años por parte de D. Eduardo Oliva Gonzalo y sus alumnos ha logrado un mejor entendimiento de los resultados de los experimentos y la implantación de estos conocimientos en DeepOne, concretando parámetros y aproximaciones para conseguir simulaciones muy fieles a la realidad. Este proyecto sigue la línea de trabajo que se ha seguido durante estos años y busca optimizar la función de distribución de la energía de los electrones (EEDF) para tratar de lograr un mayor éxito a la hora de reproducir los resultados de los experimentos. Para ello, y siguiendo con lo comenzado en el proyecto de Antonio Luque Robles, se modelizó una nueva tasa de depolarización colisional a partir de la interpolación de la sección eficaz de dispersión total del nitrógeno.