Cálculo de espectros Stark de plasmas fuertemente acoplados mediante simulación de dinámica molecular

Abstract

El objetivo de esta Tesis Doctoral es desarrollar una técnica de simulación de dinámica molecular con partículas en interacción que reproduzca la Física de los microcampos eléctricos en un plasma y que nos permita calcular los espectros de ensanchamiento Stark en sistemas fuertemente acoplados o con emisores cargados. Los métodos de cálculo que se empleaban hasta ahora (simulaciones por computador usando partículas independientes) no resultan convenientes en plasma fuertemente acoplados o con emisores cargados, de modo que nos propusimos extender las técnicas de cálculo para poder cubrir esos casos. Eso pasa por incluir las interacciones entre partículas en las simulaciones por computador. El cambio que eso supone ha sido radical. La mayor parte de los algoritmos que se empleaban resultan inútiles y ha sido necesario desarrollar otros de nuevo. Además, el coste de computación es considerablemente superior, lo que nos indujo a buscar unos medios distintos de los utilizados hasta ahora. En particular, nuestros códigos han sido desarrollados para ser ejecutados en controladoras gráficas ¿unidades GPU¿ que realizan procesado paralelo con multiprocesadores de varios núcleos. Por tanto, lo primero que se hizo fue adaptar, implementar y obtener la mayor eficiencia del programa de dinámica molecular en las GPU. Se ha desarrollado un modelo de Física Estadística clásica para calcular las configuraciones de equilibrio: distribuciones estadísticas de las energías cinética y potencial, grado de ionización, campos medios, efectos de apantallamiento y acoplamiento de cargas, ... etc. El tratamiento utilizado permite incluir los procesos de captura de electrones libres e ionización en los átomos de las simulaciones. Con ello hemos reproducido numéricamente un sistema de dos fases: los átomos neutros y los iones y electrones libres. Los cálculos llevados a cabo han sido auténticos ¿experimentos de computación¿ que nos han permitido comprobar y asegurar que los ¿datos experimentales¿ se ajustan al modelo teórico. Para ello se han generado gases con diferentes casos de energía de sorteo y poder construir así la curva de equilibrio para diferentes valores de ¿ (0.8345, 0.5 y 0.65), y para cada uno de ellos con distintasenergías de ionización.