Cinéticas de reacción de interés atmosférico y astrofísico a muy baja temperatura por expansión supersónica
Estudio experimental de la cinética de reacción de diferentes radicales de interés atmosférico y astrofísico (OH, CN…) mediante fluorescencia inducida por láser (LIF) y fotólisis láser pulsada (PLP), a muy bajas temperaturas (hasta 10 K) utilizando la técnica CRESU (Cinética de Reacciones estudiadas mediante Expansión Supersónica Uniforme) pulsada.
TÉCNICAS EXPERIMENTALES
CRESU pulsado – toberas de Laval
Sistema experimental para la producción de un chorro de gas uniforme por expansión supersónica en una cámara de vacío a través de una tobera de Laval a muy baja temperatura (T = 11.7 – 177.5 K). Se trata del CRESU pulsado más potente de todo el mundo, consiguiendo la temperatura más baja de la historia, 11,7 K. Más detalles en Jiménez et al., Rev. Sci. Instrum. 86: 045108 (2015) 1.
Vista general del sistema CRESU
Sistema de expansión pulsada del gas situada en el interior de la cámara de vacío: 1. Reserva de gases; 2. Disco rotatorio; 3. Salida de la tobera de Laval; 4. Optoacoplador.
Tobera de Laval: 1. Vista de la salida de la parte divergente. 2. Vista de la parte divergente y convergente.
Sistema de tubo de Pitot
Este sistema se coloca en el interior de la cámara CRESU en un experimento separado para caracterizar aerodinámicamente el flujo supersónico. En este sistema, la presión de impacto se mide en función de la salida de la tobera Laval mediante un transductor de presión rápido. A partir de las presiones de impacto (Pi) medidas se determina la temperatura del chorro de gas (T1) y la longitud de uniformidad (d).
Esquema simplificado de los fundamentos de la medida de la presión de impacto con el tubo de Pitot. M es el número de Mach y d=0 denota la salida de la tobera de Laval.
Detalle del tubo de Pitot: 1. Plataforma de traslación; 2. Medidor rápido de presión; 3. Tornillos micrométricos; 4. Salida de gases por la tobera de Laval; 5. Optoacoplador; 6. Disco rotatorio.
TÉCNICA CINÉTICA
Fotólisis láser pulsada (PLP)
Esta técnica permite la producción de radicales a partir de la fotólisis UV de un precursor adecuado utilizando un láser excímero KrF (248 nm). La formación de radicales tiene lugar a lo largo del chorro de gas. El láser de fotólisis atraviesa el depósito, la tobera de Laval y el disco giratorio dentro de la cámara CRESU.
H2O2 + hν248nm → 2OH(X2∏)
Vista del interior de la cámara de vacío: 1. Entada del láser; 2. Entradas de gases al reservoir y conexión con el medidor de presión; 3. Eje flexible para transmitir el movimiento de un motor al disco rotatorio.
Fluorescencia inducida por láser (LIF)
La técnica de fluorescencia inducida por láser consiste en excitar los radicales formados por el láser de fotólisis a un estado electrónico superior y luego se monitoriza la emisión espontánea de luz en función del tiempo de reacción.
Excitación (láser de colorante): OH(X2∏, v’’=0) + hνexcit(λ ~ 282 nm) ” OH(A2Σ+, v’=1)
Transición LIF: OH(A2Σ+, v’=0) → OH(X2∏, v’’=0) + hνLIF(λ ~ 309 nm)
La luz emitida es focalizada por un sistema óptico sobre un fotomultiplicador de respuesta rápida que transforma la señal luminosa en señal eléctrica (ILIF(t)), que depende del tiempo de reacción de tal forma:
ILIF(t) = ILIF (t=0) exp (-k′t)
Imagen del sistema óptico de recogida de la fluorescencia en la cámara CRESU: 1. Filtro óptico; 2. Lentes plano-convexas; 3. Espejo reflectante.
Sistema de detección de la LIF: 1. Sistema óptico; 2. Tubo fotomultiplicador (PMT); 3. Fuente de alimentación del PMT.
PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN MÁS IMPORTANTES
Quimica Interestelar Relevante para el Origen de la Vida (CHEMLIFE)
Referencia: PID2020-113936GB-I00
Entidad Financiadora: MICINN
Cuantía: 100.000 € + costes indirectos (121.000 €)
Duración desde: 01/09/2021 Hasta: 30/08/2024
Investigador Principal: Elena Jiménez
Equipo de Investigación: José Albaladejo, Bernabé Ballesteros, María Antiñolo, Emilio Martínez Núñez (Univ. Santiago de Compostela).
Equipo de trabajo: Daniel González, Antonio Fdez. Ramos, Anxo Lema, André Canosa, José Cernicharo, Marcelino Agúndez.
Gas and Dust from Stars to the Laboratory: Exploring the Nanocosmos (NANOCOSMOS)
01/08/2014-31/07/2020
Presupuesto total: 15 M€
Presupuesto UCLM: 182.610,80 €
PI/Coordinador: José Cernicharo (IFF, CSIC)
Investigador responsable UCLM: Dra. Elena Jiménez
Astrofísica Molecular: la Era de Herschel y ALMA (ASTROMOL)
20/04/2009– 31/12/2014 (extendido hasta 16/12/2016)
Presupuesto total: 4 M €
Presupuesto UCLM: 260.000 €
PI/Coordinador: José Cernicharo (CSIC)
Investigador responsable UCLM: Beatriz Cabañas and Elena Jiménez
CONFERENCIAS Y CONGRESOS SELECCIONADOS
Meeting (COST) Action CA18212 “Molecular Dynamics in the GAS Phase – MD-GAS”. Processes in Atmospheric and Astrochemical Environments.
Conferencia plenaria. Gas-Phase Chemistry in Atmospheric and Astrophysical Environments: Insights from Laboratory Experiments. Elena Jiménez
Online, 18-21/01/2021
COST-CM1401 WG1 workshop: “Gas phase cold chemistry of COMs: a challenge for experiments, theory and astrophysical modeling”.
Comunicación oral: Reaction kinetics of OH radicals with interstellar COMs at low temperaturas. Antonio J. Ocaña, Sergio Blázquez, María Antiñolo, Bernabé Ballesteros, André Canosa, Alexey Potapov, José Albaladejo, Elena Jiménez.
Ciudad Real (Spain), 11–12/12/2017
COST Action CM1401 Meeting Participant invitation to “Our Astrochemical History Week” – Our Astro-Chemical History
Comunicación oral: Reactivity of formaldehyde toward oh radicals at ISM temperatures. André Canosa, Elena Jiménez, Antonio J. Ocaña, Sergio Blázquez, María Antiñolo, Bernabé Ballesteros and José Albaladejo
Faro (Portugal), 16–20/02/2017
Workshop ”Complex organic molecules in space: gas-phase routes and isotopic enrichment”
Conferencia invitada. Removal of complex organic molecules by OH radicals: Gas-phase kinetics at ISM temperatures. Elena Jiménez, María Antiñolo, Antonio J. Ocaña, Bernabé Ballesteros, André Canosa, José Albaladejo
Pisa (Italy), 7-9/03/2016
European Conference on Laboratory Astrophysics (ECLA): Gas on the Rocks
Conferencia invitada. Gas phase reactivity of complex organic molecules at very low temperatures: CRESU Advances and Astrochemical Impact. Elena Jiménez
Madrid (Spain) 21–25/11/2016