Mi hijo menor tiene 6 años; un niño del nuevo milenio. No le interesan los cuentos de hadas. Lo que le fascina es la física. Especialmente la física de partículas, aunque no creo que sepa realmente la diferencia. Está obsesionado con el Gran Colisionador de Hadrones del CERN y ve las charlas TED con Brian Cox. Hay una en particular, que habla de lo que salió mal en el LHC; esa es su favorita. Creo que es porque al final, Brian Cox dice que están tratando de descubrir los bloques de construcción del universo haciendo colisionar pequeñas partículas a la velocidad de la luz. Así que, cuando Leon mira un arco iris, no se imagina ollas de oro al final del mismo, sino más bien, partículas colisionando y revelando los bloques de construcción del universo.

El seguimiento de partículas (en términos lumínicos denominado trazado de rayos) es, para ser justos, una muy buena forma de simular la luz y sus efectos térmicos. La luz se dispersa, se refleja y se refracta y provoca efectos térmicos en el objeto con el que entra en contacto. La refracción es una propiedad muy importante de la luz y también es responsable de algunos fenómenos ópticos naturales, como el arco iris. Así que, si hay una olla de oro al final del arco iris, ¡sin duda es una olla caliente!

En Simcenter STAR-CCM+ 2019.3 lanzamos un nuevo solver estocástico de energía térmica de radiación (RTE) basado en el método de trazado de rayos Surface Photon Monte Carlo (PMC) con modelado de refracción. PMC es posiblemente el método más preciso para RTE. Por lo tanto, el nuevo solucionador (PMC) es altamente preciso y muy eficiente, y modela los efectos de la refracción y la reflexión, lo que lo hace muy adecuado para las aplicaciones de faros. Las comparaciones con el Modelo de Ordenadas Discretas (DOM), que es el único otro modelo de radiación que modela la refracción, muestran que el nuevo modelo PMC es más eficiente y más preciso en la predicción de la refracción que el DOM (ver las imágenes de comparación).

La refracción es el cambio de dirección de la luz que pasa de un medio a otro o de un cambio gradual en el medio. En el caso de los faros esto puede ser el plástico del faro o incluso el aire dentro de él. La refracción es importante cuando se trata de la seguridad térmica. Para poder predecir dónde la luz creará un punto caliente, necesitamos saber cómo se refracta. Así podremos tener en cuenta la carga térmica adecuada de los LED o del sol. Como los faros tienen múltiples materiales emisores de radiación, además del plástico externo, la luz se refracta y crea puntos calientes en determinadas zonas y el calor puede dañar el faro. ¿Por qué es importante? Déjeme darle un par de ejemplos:

Ejemplo 1: La bombilla es un punto caliente en la lente de la cubierta, causada por la lente óptica, por ejemplo, con una lámpara de xenón. Este punto caliente es típicamente más caliente si existe refracción (mundo real o modelado) y por lo tanto importante para esos tipos de sistemas.

Ejemplo 2: La luz solar (irradiación) es agrupada por una lente óptica (por ejemplo, lámpara de xenón, luz LED) y tiene el punto focal cerca de una superficie que puede crear daños. Con el nuevo modelo PMC de superficie, podemos predecir con precisión estos puntos calientes y modificar el diseño incluyendo escudos térmicos en los lugares adecuados, lo que conduce a diseños mejores y más duraderos.

Los faros son muy caros y muy delicados. Además, los nuevos diseños son transparentes, por lo que la estética es un aspecto muy importante. Para que los fabricantes de faros mantengan la estética, a la vez que confían en la durabilidad, necesitan predecir con precisión esos puntos calientes.

La aplicación que estamos estudiando hoy es la iluminación de faros, pero hay más aplicaciones, como las médicas (rayos X, resonancias magnéticas y radioterapia), la fabricación de semiconductores y la defensa, que necesitan un modelado preciso de las propiedades de la radiación, lo que hace que el PMC sea muy atractivo.

Volviendo a mi pequeño científico y a la realidad del arco iris y la refracción. ¡Es tan bonito ver su entusiasmo! El otro día me dijo «Cuando sea mayor, seré físico principal en el CERN». Yo, por supuesto, le dije: «¡Esto es precioso, cariño! ¿Quieres ser el próximo Brian Cox?». Su respuesta me hizo llorar de risa y me recordó que todavía es un niño pequeño. Dijo: «¡¡¡No mami, prefiero quedarme con mi propio nombre!!!

«Para los pequeños científicos del futuro»