Estadística de eventos extremos en plasmas electromagnéticos

Abstract

Este trabajo presenta un análisis exhaustivo del comportamiento de las avalanchas en varias descargas de plasma no confinado de la Máquina Lineal de Plasma de Santander (SLPM). Dichas avalanchas son observadas a partir de los datos preexistentes indirectamente medidos del flujo de partículas utilizando sondas de Langmuir. Las series temporales del flujo de partículas a distintas posiciones radiales han permitido calcular los tiempos de espera entre avalanchas utilizando un nuevo método basado en considerar el flujo como una variable con magnitud y dirección. Este enfoque permite establecer un criterio de umbral concreto a partir del cual clasificar los eventos como avalancha de forma más precisa. Se estudia la correlación existente entre los mencionados tiempos de espera, analizando la función densidad de probabilidad pdf de los mismos en las distintas posiciones radiales. Se concluye que el radio más externo presenta correlación de tipo ley de potencias. Esta correlación es característica del transporte anómalo. Se analiza también el tiempo que la señal transcurre en el lado negativo o positivo, correspondiente a transporte de materia hacia el interior o exterior, respectivamente. Se denomina a este el tiempo de excursión y se analiza la dependencia entre ambas direcciones de transporte, obteniéndose una relación que parece indicar la existencia de un fenómeno tipo preshock similar a los terremotos. Finalmente, se realiza un análisis del espectro de potencia de las series temporales de flujo. Se observa un pico y su armónico, correspondientes a la rotación de la columna de plasma. La frecuencia angular de rotación exhibe variación frente a la posición radial, existiendo por tanto fenómenos asociados a cizalla en el plasma. Se observa correlación de tipo ley de potencias a tiempos largos en el espectro, compatible también con fenómenos de transporte anómalo.

This work presents a comprehensive analysis of the behaviour of avalanches in several unconfined plasma discharges from the Santander Linear Plasma Machine (SLPM). These avalanches are observed from pre-existing indirectly measured particle flux data using Langmuir probes. The time series of the particle flux at different radial positions has allowed the calculation of the quiet times between avalanches using a new method that considers flux as a variable with magnitude and direction. This approach allows for establishing a precise threshold criterion from which to classify events as avalanches more accurately. The correlation between these quiet times is studied, analyzing the probability density function pdf of the quiet times at different radial positions. It is concluded that the outermost radius presents a power-law type correlation. This correlation is characteristic of anomalous transport. The time that the signal spends on the negative or positive side, corresponding to matter transport towards the interior or exterior, respectively, is also analyzed. This time is referred to as the excursion time, and the dependence between both transport directions is analyzed, obtaining a relationship that seems to indicate the existence of a preshock phenomenon similar to earthquakes. Finally, an analysis of the power spectrum of the particle flux time series is conducted. A peak and its harmonic are observed, corresponding to the rotation of the plasma column. The angular rotation frequency exhibits variation with respect to the radial position, thus there are phenomena associated with shearing in the plasma. A power-law type correlation is observed at long times in the spectrum, which is also compatible with anomalous transport phenomena.