ES2294902A1 - MACHINE, AND METHOD OF USE, TO PLAY IN A CONTROLLED WAY THE CONDITIONS OF PRESSURE, TEMPERATURE AND IRRADIATION OF SURFACE ENVIRONMENTS OR PLANETARY ATMOSPHERES. - Google Patents

MACHINE, AND METHOD OF USE, TO PLAY IN A CONTROLLED WAY THE CONDITIONS OF PRESSURE, TEMPERATURE AND IRRADIATION OF SURFACE ENVIRONMENTS OR PLANETARY ATMOSPHERES. Download PDF

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ES2294902A1 ES200502620A ES200502620A ES2294902A1 ES 2294902 A1 ES2294902 A1 ES 2294902A1 ES 200502620 A ES200502620 A ES 200502620A ES 200502620 A ES200502620 A ES 200502620A ES 2294902 A1 ES2294902 A1 ES 2294902A1
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Abstract

Máquina, y método de utilización, para reproducir de forma controlada las condiciones de presión, temperatura e irradiación de ambientes superficiales o atmósferas planetarias.Se presenta una máquina, o entorno cerrado, en cuyo interior, se pueden reproducir condiciones ambientales escogidas (presión parcial de cada componente gaseoso y temperatura) muy bien controladas y verificables y donde también irradiar una determinada muestra en estudio. En esta instalación se pueden reproducir las diversas reacciones químicas y/o bio-químicas que tienen lugar en la superficie terrestre, en el espacio externo, en las atmósferas de los distintos planetas del Sistema Solar o en otros entornos ambientales ya sean reales o imaginados. El interés actual por el conocimiento profundo y conservación de nuestro medio ambiente gaseoso es el objeto de esta invención. Los previstos sectores de aplicación, son: aeronáutico, astronáutico, geológico, medio ambiental, ciencia de los materiales y catálisis.Machine, and method of use, to reproduce in a controlled way the conditions of pressure, temperature and irradiation of surface environments or planetary atmospheres. A machine or closed environment is presented, inside which, selected environmental conditions can be reproduced (partial pressure of each gaseous component and temperature) very well controlled and verifiable and where a certain sample under study can also be irradiated. This installation can reproduce the various chemical and/or biochemical reactions that take place on the Earth's surface, in outer space, in the atmospheres of the different planets of the Solar System or in other environmental environments, whether real or imagined. The current interest in the deep knowledge and conservation of our gaseous environment is the object of this invention. The expected application sectors are: aeronautics, astronautics, geology, the environment, materials science and catalysis.

Description

Máquina, y método de utilización, para reproducir de forma controlada las condiciones de presión, temperatura e irradiación de ambientes superficiales o atmósferas planetarias.Machine, and method of use, for reproduce pressure conditions in a controlled manner, temperature and irradiation of surface environments or atmospheres planetary

Sector de la invenciónInvention Sector

Esta invención concierne, en un primer aspecto, a una máquina, en cuyo interior se reproducen condiciones ambientales escogidas (presión parcial de cada componente gaseoso y temperatura) muy bien controladas y verificables, donde irradiar una determinada muestra en estudio y así repetir en un laboratorio las diversas reacciones químicas y/o bio-químicas que tienen lugar en el espacio externo, en las atmósferas de los distintos planetas del Sistema Solar o en otros entornos ya sean reales o ficticios. Esta invención pretende, por su versatilidad conceptual y , sobre todo, por estar constituida por tecnologías y equipamiento actual, simular ambientes muy distintos; tanto, podría ser, el del planeta Tierra como algún otro de una composición química atmosférica radicalmente diferente y también, finalmente, las condiciones existentes en el medio interplanetario. Los previstos sectores de esta invención son: aeronáutico, geológico, astrobiológico, medio ambiental y de la ciencia de los materiales. Igualmente, esta patente también tiene aplicación directa como instalación de medida y control en laboratorios o empresas de fabricación de catalizadores con implicaciones medioambientales.This invention concerns, in a first aspect, to a machine, inside which conditions reproduce chosen environmental factors (partial pressure of each gaseous component and temperature) very well controlled and verifiable, where to radiate a certain sample under study and so repeat in a laboratory the various chemical and / or biochemical reactions that take place in outer space, in the atmospheres of different planets of the Solar System or in other environments either real or fictitious. This invention aims, for its versatility conceptual and, above all, for being constituted by technologies and current equipment, simulate very different environments; so much could be, that of planet Earth like some other of a composition radically different atmospheric chemistry and also finally the conditions existing in the interplanetary environment. The Planned sectors of this invention are: aeronautical, geological, astrobiological, environmental and materials science. Likewise, this patent also has direct application as installation of measurement and control in laboratories or companies of manufacture of catalysts with implications environmental.

Estado de la técnicaState of the art

El interés de nuestra Sociedad por la conservación y protección de la capa gaseosa que envuelve nuestro planeta ha sido, por fortuna, una realidad desde hace ya muchos años. Recientemente, las Naciones Unidas han plasmado este interés en el Protocolo de Kyoto que es el primer planteamiento mundial para poner un límite a la emisión de los gases responsables del cambio climático, gases que son producidos por actividades industriales y humanas (antropogénicas). Siguiendo esta corriente de opinión, las más importantes compañías del sector industrial ligado a la producción de energía eléctrica y , sobre todo, a las compañías fabricantes de combustibles utilizados en el transporte de superficie y la aviación, han comenzado proyectos de investigación que abarcan un temario muy extenso el cuál va desde las labores para tratar de encontrar catalizadores con los que eliminar, reducir o, al menos, no aumentar, la producción incontrolada de los gases contaminantes y de los denominados de "efecto invernadero", como a estudios de reacciones entre compuestos en la fase gaseosa (química atmosférica). Se debe citar en este punto los trabajos que se han venido haciendo para eliminar de los productos finales de la combustión, el ión sulfúrico, responsables de la denominada "lluvia ácida".The interest of our Society for the conservation and protection of the gas layer that surrounds our Fortunately, the planet has been a reality for many years. Recently, the United Nations has expressed this interest in the Kyoto Protocol which is the first global approach to put a limit on the emission of the gases responsible for climate change, gases that are produced by activities industrial and human (anthropogenic). Following this current of opinion, the most important companies in the industrial sector linked to the production of electrical energy and, above all, to fuel manufacturing companies used in transportation of surface and aviation, projects have begun research covering a very extensive agenda which goes from the work to try to find catalysts with which eliminate, reduce or at least not increase production uncontrolled pollutant gases and so-called "greenhouse effect", as to studies of reactions between compounds in the gas phase (atmospheric chemistry). It should be cited at this point the work that has been done to eliminate of the final products of combustion, the sulfuric ion, responsible for the so-called "acid rain".

Se cita aquí también los trabajos de científicos e investigadores que con el objetivo de ampliar conocimientos básicos han fijado su atención en las atmósferas de cuerpos planetarios, (Marte, principalmente por su actualidad, Europa, y Tritón, satélites de Júpiter y Neptuno, respectivamente). Se refiere en concreto al fructífero, e interesante, campo de la planetología donde todo nuestro conocimiento actual se debe tan sólo a los datos recogidos durante las aproximaciones de sondas no tripuladas a Marte como: Mariner, Viking, Mars pathfinder, y al sistema solar exterior como: Voyager y Galileo. El aporte al conocimiento fundamental extraído de estos proyectos es verdaderamente ingente y espectacular, aunque, en este caso, la toma de datos por medio de ingenios automáticos tan solo permite a los investigadores tener una visión pasiva o de conjunto de la atmósfera en cuestión dado que no les es posible realizar experimentos debidamente programados por ellos. Por esta razón, en el momento presente, se impone un cambio hacía una estrategia menos pasiva y, por ello, recientemente, diversas agencias oficiales (la NASA "Nacional Aeronautic Space Administration" y la ESA "European Space Agency"), han empezado a desarrollar proyectos de investigación en los cuales se empieza a percibir el empleo de cámaras o recintos controlados en donde simular atmósferas o ambientes para experimentar en química atmosférica y bioquímica, así como también, ensayar nuevos materiales sometidos a condiciones extremas de presión y temperatura.The works of scientists are also cited here and researchers that with the aim of expanding knowledge basic have fixed their attention on the atmospheres of bodies planetariums, (Mars, mainly for its present time, Europe, and Triton, satellites of Jupiter and Neptune, respectively). Be it refers specifically to the fruitful, and interesting, field of planetology where all our current knowledge is due so only to the data collected during the probes approximations no manned to Mars as: Mariner, Viking, Mars pathfinder, and al outdoor solar system like: Voyager and Galileo. The contribution to fundamental knowledge extracted from these projects is truly huge and spectacular, although, in this case, the data collection through automatic devices only allows researchers have a passive or overall view of the atmosphere in question since it is not possible for them to perform experiments properly programmed by them. For this reason, in the present moment, a change is imposed towards a less strategy passive and, therefore, recently, various official agencies (the NASA "National Aeronautic Space Administration" and ESA "European Space Agency"), have begun to develop projects of research in which the employment of chambers or controlled enclosures in which to simulate atmospheres or environments to experiment in atmospheric chemistry and biochemistry, as well as testing new materials subject to conditions  extreme pressure and temperature.

A pesar de todo lo que se viene diciendo, no existen, a fecha de hoy, en las base de datos o bibliotecas, patentes que describan cámaras o recintos donde simular ambientes , planetarios. Todo lo más, algunas universidades y centros oficiales de investigación han puesto en marcha proyectos con sencillas cámaras de simulación que por lo general están pensadas, y realizadas, para un muy determinado ambiente planetario. Casi todas están concebidas, en general, para el estudio o tratamiento de aspectos muy determinados y parciales de la química atmosférica en condiciones de presión y temperatura limitadas. Tan sólo merecería citarse aquí el proyecto ANDROMEDA de la universidad de Arkansas (USA) en el cual se está comenzando a hacer algunos experimentos de astrobiología simulando la atmósfera marciana.Despite everything that has been said, no they exist, as of today, in databases or libraries, patents that describe cameras or enclosures where simulate environments,  planetariums All the more, some universities and centers research officers have launched projects with simple simulation cameras that are usually designed, and realized, for a very specific planetary environment. Almost all are conceived, in general, for the study or treatment of very specific and partial aspects of atmospheric chemistry under conditions of limited pressure and temperature. Just the ANDROMEDA project of the University of Arkansas (USA) in which it is beginning to do some Astrobiology experiments simulating the Martian atmosphere.

Se presenta esta patente de invención con los dos objetivos antes descritos, a) experimentación en el laboratorio de reacciones químicas en la interfase superficie sólida-gas bajo las condiciones de presión, temperatura e irradiación similares a las que se encuentra en un cuerpo planetario o en el espacio, y b) estudio o recreación de las condiciones de composición, presión y temperatura e irradiación en que se encuentran las actuales atmósferas planetarias.This invention patent is presented with the two objectives described above, a) experimentation in the chemical reactions laboratory at the surface interface solid-gas under pressure conditions, temperature and irradiation similar to those found in a planetary body or in space, and b) study or recreation of composition, pressure and temperature conditions and irradiation in that are the current planetary atmospheres.

Descripción de la invenciónDescription of the invention Breve descripciónShort description

La máquina de simulación de atmósferas planetarias que se presenta ha sido concebida para permitir a los operadores de manera flexible y versátil: (a) reproducir las condiciones de presión y temperatura de atmósferas planetarias, (b) someter a la muestra en estudio a diferentes tipos de irradiaciones, y (c) caracterizar mediante espectroscopia de Infrarrojo (IR) y Ultravioleta (UV) los diferentes cambios químicos que se originen como consecuencia de la atmósfera, irradiación y de la n temperatura. Presenta ciertas características buscadas teniendo en cuenta los objetivos científicos (reacciones catalíticas, observaciones biológicas) y atmósferas que se quieren simular. Como aportación fundamental tiene un porta-muestras que puede albergar un cultivo biológico sencillo (bacterias) o una muestra sólida como una zeolita. El rango de presión conseguido en la cámara abarca valores comprendidos entre 10^{-9} mbar (simulación de las atmósferas planetarias) a 1 atmósfera (química ambiental terrestre). Este extenso rango de presión, son 12 órdenes de magnitud, se logra haciendo pequeños cambios, previstos en el diseño que a continuación se describirá (juntas de unión y ventanas de observación), manteniendo la disposición general de la máquina. La composición atmosférica deseada por el experimentador es producida por la mezcla de gases que se elija en cada experimento particular: La temperatura en la muestra es escogida, a priori, para cada reacción en tratamiento y puede fijarse en el rango entre 4-325 K. Para el estudio en condiciones lo más reales que nos sea posible, se han incorporado en la instalación diversas fuentes de radiaciones que incluyen UV, electrones e iones (de gases nobles). Para el debido control de constantes medio-ambientales se dispone de un espectrómetro de masas, un diodo de silicio y manómetros de presión, así como para la medida de parámetros definidos en el análisis químico se contará con las técnicas in situ de espectroscopia infrarroja (IR) y de Ultravioleta (UV) u otras cualquiera que la tecnología de medida nos pueda proporcionar en el futuro.The planetary atmosphere simulation machine presented has been designed to allow operators in a flexible and versatile way: (a) reproduce the pressure and temperature conditions of planetary atmospheres, (b) submit the sample under study to different types of irradiation, and (c) characterize by means of Infrared (IR) and Ultraviolet (UV) spectroscopy the different chemical changes that arise as a result of the atmosphere, irradiation and temperature. It presents certain characteristics sought taking into account the scientific objectives (catalytic reactions, biological observations) and atmospheres that are to be simulated. As a fundamental contribution, it has a sample holder that can house a simple biological culture (bacteria) or a solid sample such as a zeolite. The pressure range achieved in the chamber covers values between 10 - 9 mbar (simulation of planetary atmospheres) at 1 atmosphere (terrestrial environmental chemistry). This extensive pressure range, is 12 orders of magnitude, is achieved by making small changes, provided for in the design that will be described below (joint joints and observation windows), maintaining the general layout of the machine. The atmospheric composition desired by the experimenter is produced by the mixture of gases chosen in each particular experiment: The temperature in the sample is chosen, a priori , for each reaction in treatment and can be set in the range between 4-325 K. For the study in conditions as real as possible, various radiation sources have been incorporated into the installation, including UV, electrons and ions (of noble gases). For proper control of half-environmental constants are available mass spectrometer, a silicon diode and pressure gauges, as well as for the measurement of parameters defined in the chemical analysis will techniques in situ infrared spectroscopy (IR ) and of Ultraviolet (UV) or any other that the measurement technology can provide us in the future.

Así, la máquina se controla por el experimentador, en todo momento, de manera precisa y computerizada, tanto en las presiones parciales de cada gas componente de la atmósfera en estudio, como la temperatura de la muestra que se está estudiando. Además, permitirá de forma flexible irradiar la muestra en estudio con radiación ultravioleta o un haz de iones o electrones, de hasta 5 KeV, así como realizar análisis in-situ, de manera a seguir los cambios químicos y estructurales producidos sobre la muestra en estudio en estas condiciones.Thus, the machine is controlled by the experimenter, at all times, in a precise and computerized manner, both in the partial pressures of each component gas of the atmosphere under study, as well as the temperature of the sample being studied. In addition, it will allow to flexibly irradiate the sample under study with ultraviolet radiation or an ion or electron beam, up to 5 KeV, as well as perform in-situ analysis, in order to follow the chemical and structural changes produced on the sample under study in these conditions.

Dicho de modo esquemático, las especificaciones técnicas que hacen de esta máquina una herramienta única en el mercado, son las siguientes:Stated schematically, the specifications techniques that make this machine a unique tool in the market, are the following:

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La presión parcial de cada gas en la atmósfera puede controlarse de manera independiente desde 1000 a 5x10^{-9} mbar, es decir, en 12 ordenes de magnitud.The partial pressure of each gas in the atmosphere can be controlled by independently from 1000 to 5x10 -9 mbar, that is, in 12 orders of magnitude.

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La temperatura puede oscilar entre 4 y 325 K.The temperature can range between 4 and 325 K.

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La composición gaseosa esta monitorizada mediante un analizador de gas residual que permite una precisión aproximada de ppm (partes por millón).The Gaseous composition is monitored by a gas analyzer residual that allows an approximate accuracy of ppm (parts per million).

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Tiene un porta muestras extraíble a voluntad que admite muestras desde 5 a 35 milímetros de diámetro y 10 milímetros de espesor. En caso de muestra en polvo, el tamaño de grano debe ser superior a 3 \mum.Have a removable sample holder at will that supports samples from 5 at 35 millimeters in diameter and 10 millimeters thick. In case of powder sample, the grain size should be greater than 3 \ mum.

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Una vez que la muestra está en las condiciones de presión y temperatura prefijadas puede irradiarse con distintas fuentes. Como ejemplo se ha diseñado fuentes de iones y electrones de hasta de E KV, radiación ultravioleta de lámpara de Deuterio (200-400 nanómetros) y de iones (longitud de onda fija- \approx20 nanómetros) de diferentes gases nobles.A Once the sample is in the pressure and temperature conditions Presets can be irradiated with different sources. As an example, has designed sources of ions and electrons up to E KV, ultraviolet radiation from Deuterium lamp (200-400 nanometers) and ions (wavelength fixed- \ approx20 nanometers) of different noble gases.

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La muestra se caracteriza y controla, in-situ, mediante espectroscopia IR y de UV.The sample is characterized and controlled, in situ , by IR and UV spectroscopy.

Bien entendido que en los experimentos realizados bajo condiciones denominadas "terrestres" (``alta'' presión atmosférica, ``alta'' temperatura) sólo nos será posible utilizar la fuente de radiación ultravioleta mediante lámpara de deuterio, inutilizando las demás.Well understood that in the experiments performed under conditions called "terrestrial" (`` high '' atmospheric pressure, `` high '' temperature) will only be possible use the ultraviolet radiation source using a lamp deuterium, rendering others useless.

Mediante esta instalación se pueden llevar a cabo experimentos en diversos campos de la química, geología y de la biología, como son:Through this installation you can take conduct experiments in various fields of chemistry, geology and of Biology, as they are:

1) Cambios de composición atmosférica bajo condiciones controladas.1) Low atmospheric composition changes controlled conditions.

2) Cambios de fase cristalina y resistencia de materiales y minerales.2) Crystal phase changes and resistance of Materials and minerals

3) Crecimientos o disminución de colonias bacterianas sometidas a radiación y/o condiciones medio ambientales diversas.3) Growth or decrease of colonies Bacterial radiation and / or environmental conditions  diverse.

Descripción detalladaDetailed description

La máquina prototipo presentada en esta invención está compuesta por los siguientes elementos o partes diferenciadas:The prototype machine presented in this invention is composed of the following elements or parts differentiated:

a)to)
Cámara de vacío para realización de procesos (cámara atmosférica o principal). (Fig. 1)Vacuum chamber for realization of processes (atmospheric or main chamber). (Fig. 1)

b)b)
Sistema de generación, de baja presión (vacío), según aplicación y medida de este parámetro.Generation system, low pressure (empty), depending on the application and measurement of this parameter.

c)C)
Unidad de introducción de muestras (manipulador o traslador) y criostato.Sample introduction unit (manipulator or transfer) and cryostat.

d)d)
Fuentes de descarga, para irradiación de muestras.(Fig. 1,II(g))Discharge sources, for irradiation of samples (Fig. 1, II (g))

e)and)
Fuente de deuterio.(Fig. 1,II(a))Source of deuterium (Fig. 1, II (a))

f)F)
Sistema de análisis de gases, yGas analysis system, Y

g)g)
Sistema de entrada de gases.(Fig. 1,II(d))Gas inlet system (Fig. 1, II (d))
a) Cámara de vacío para realización de procesos o cámara principala) Vacuum chamber for process or chamber realization principal

Está fabricada en acero inoxidable, totalmente limpia y desgasificada, para alcanzar una presión < 5x10^{-9} milibares. Posee en su contorno las correspondientes camisas calefactoras para desgasificación previa del recinto interior. Las dimensiones son: 50 centímetros de largo y 40 centímetros de diámetro (Fig. 1,I-II).It is made of stainless steel, totally clean and degassed, to reach a pressure <5x10 <- 9} millibars It has in its outline the corresponding shirts heaters for prior degassing of the interior enclosure. The dimensions are: 50 centimeters long and 40 centimeters long diameter (Fig. 1, I-II).

b) Sistema generación de vacío, según aplicación y medida de este parámetrob) Vacuum generation system, according to application and measurement of this parameter

Para poder conseguir las condiciones de ultra alto vacío requeridas (<10^{-8} milibar) y considerando el volumen de la cámara, es necesario emplear un grupo de bombeo turbomolecular-drag de alta capacidad de bombeo.In order to achieve the required ultra-high vacuum conditions ( <10-8 millibar ) and considering the volume of the chamber, it is necessary to use a turbomolecular-drag pumping group of high pumping capacity.

El sistema de generación de baja presión vacío se compone de:The empty low pressure generation system It consists of:

\sqbullet\ sqbullet
Bomba turbo-molecular, con una capacidad de bombeo de 920 l/sBomb turbo-molecular, with a pumping capacity of 920 l / s

\sqbullet\ sqbullet
Unidad de control de la bomba turbo-molecular, con posibilidad de regulación de la velocidad de giro.Pump control unit turbo-molecular, with the possibility of regulating the turning speed.

\sqbullet\ sqbullet
Bomba rotativa de doble etapa, con una capacidad de bombeo de 35 m^{3}/h.Double stage rotary pump, with a pumping capacity of 35 m 3 / h.

\sqbullet\ sqbullet
Válvula de guillotina motorizada, con regulación de conductancia, que permite estrangular la válvula para trabajar a 10^{-2} mbar.Guillotine valve motorized, with conductance regulation, which allows throttling the valve to work at 10-2 mbar.

\sqbullet\ sqbullet
La medición de vacío en la cámara se realiza con un sensor combinado Pirani-Penning, con rango de medida desde 1000-5x10^{-9} mbar.The vacuum measurement in the camera is made with a combined sensor Pirani-Penning, with measuring range from 1000-5x10 -9 mbar.

Según los objetivos apuntados en líneas precedentes, se han tenido que superar ciertas dificultades técnicas. El más importante obstáculo, es conseguir una instalación capaz de operar, con los necesarios cambios mínimos, a presiones variables en un rango de 12 ordenes de magnitud, permitiendo el estudio de la atmósfera de satélites que casi no la poseen (Europa), el de planetas con atmósfera de baja densidad (Marte) y llegar hasta el caso terrestre.According to the objectives pointed in lines precedents, certain difficulties have had to be overcome techniques The most important obstacle is to get an installation able to operate, with the necessary minimum changes, at pressures variables in a range of 12 orders of magnitude, allowing the study of the atmosphere of satellites that hardly possess it (Europe), that of planets with low density atmosphere (Mars) and get to the land case.

Algunas bridas se han dejado vacías (sin instrumentación, ciegas) para futuros desarrollos. El método para simular una atmósfera en particular es el siguiente: los gases deseados se mezclan en un tubo de acero (manifold) hasta la proporción requerida, controlado mediante flujómetros individuales para cada gas. La composición gaseosa (presión parcial de gas) es monitorizada constantemente mediante un espectrómetro analizador de gas residual, el cual fija la presión parcial deseada de cada gas utilizando el correspondiente flujómetro. La temperatura de la muestra es regulada con un sistema de enfriamiento mediante helio líquido que está conectado al soporte del portamuestras. Diferentes fuentes de irradiación pueden ser usadas en presiones típicas en el rango de Marte (rango de unos pocos mbar) para ello es necesario utilizar un sistema de bombeo diferencial(Fig. 1,III), el cual asegura las condiciones correctas de funcionamiento de la fuente de irradiación. La presión parcial de vapor de agua puede ser calibrada y regulada. Esta pequeña presión parcial de vapor de agua podría ser importante para la mayoría de los procesos biológicos. La presión parcial de cada uno de los gases en el sistema experimental puede ser independientemente controlada y modificada en un rango de 9 órdenes de magnitud, rango desde 8 milibar hasta 5x10^{-9} milibar. Por consiguiente, el porcentaje de cada gas en la atmósfera simulada es continuamente monitorizado para seguir posibles procesos de condensación o desorción. Para alcanzar condiciones de altas presiones una válvula motorizada por pasos, controla la apertura de la bomba turbo-molecular de la campana principal.Some flanges have been left empty (without instrumentation, blind) for future developments. The method for simulate a particular atmosphere is the following: gases desired mix in a steel tube (manifold) until the proportion required, controlled by individual flow meters For each gas. The gaseous composition (partial gas pressure) is constantly monitored by an analyzer spectrometer waste gas, which sets the desired partial pressure of each gas using the corresponding flowmeter. The temperature of the Sample is regulated with a helium cooling system liquid that is connected to the holder of the sample holder. Different irradiation sources can be used at typical pressures in the Mars range (range of a few mbar) for this it is necessary use a differential pumping system (Fig. 1, III), the which ensures the correct operating conditions of the irradiation source Water vapor partial pressure can Be calibrated and regulated. This small partial vapor pressure of water could be important for most processes Biological The partial pressure of each of the gases in the experimental system can be independently controlled and modified in a range of 9 orders of magnitude, range from 8 millibar up to 5x10-9 millibar. Therefore, the percentage of each gas in the simulated atmosphere is continuously monitored to follow possible condensation or desorption processes. For reach high pressure conditions a motorized valve by steps, control the pump opening turbo-molecular of the main bell.

c) Unidad de introducción de muestras (manipulador o traslador) y criostato. (Fig. 1,II(g))c) Sample introduction unit (manipulator or shuttle) and cryostat. (Fig. 1, II (g))

Se consideran en este apartado tres partes bien diferenciadas: criostato de helio líquido, manipulador y porta-muestras con sensor de temperatura.Three parts are considered well in this section differentiated: liquid helium cryostat, manipulator and sample holder with temperature sensor.

El criostato de Helio líquido, nos permite enfriar el porta-muestras para llegar a las temperaturas de los diferentes ambientes a simular, desde 325K a 4K. El paso de introducción o trasvase del helio líquido desde el Dewar al manipulador de muestras, se realiza a través de una barra de transferencia que está aislada térmicamente para reducir al máximo la evaporación del Helio. Dentro del criostato se coloca una resistencia de 50 Ohmios, que a través del controlador de temperatura nos permite alcanzar la temperatura programada. Para la medida de temperatura en el circuito del Helio líquido, hay un diodo de silicio, que se toma cómo referencia para realizar los ajustes necesarios que permitan alcanzar la temperatura requerida en el porta-muestras.The liquid helium cryostat allows us cool the sample holder to reach the temperatures of the different environments to simulate, from 325K to 4K The step of introduction or transfer of liquid helium from the Dewar to the sample manipulator, is done through a bar transfer that is thermally insulated to reduce maximum evaporation of Helium. Inside the cryostat a 50 Ohm resistor, which through the controller temperature allows us to reach the programmed temperature. For the temperature measurement in the liquid helium circuit, there is a silicon diode, which is taken as a reference to perform the necessary adjustments to reach the required temperature in the sample holder.

En las condiciones de presión de 0,01 milibar existen fenómenos de conducción y radiación térmica. Para amortiguar estos efectos se coloca en las proximidades del porta-muestras un protector de radiación (radiation shield).Under pressure conditions of 0.01 millibar there are conduction phenomena and thermal radiation. For cushion these effects is placed in the vicinity of the sample holder a radiation shield shield).

El manipulador de muestras o barra de transferencia (Fig. 1,II(h)) tiene adaptadas dos bridas DN 40 CF, sobre una pieza soporte, y en la posición intermedia acoplado un tubo flexible. El comprimir/expandir este tubo flexible hace que el porta-muestras se pueda desplazar en el interior de la cámara una distancia de 150 milímetros en dirección horizontal. Esto nos permite colocar la muestra para ser irradiada en el eje de la fuente de deuterio o en el orificio de las fuentes de descarga.The sample manipulator or bar transfer (Fig. 1, II (h)) has two DN flanges adapted 40 CF, on a support piece, and in the intermediate position coupled a flexible tube. Compressing / expanding this flexible tube causes the sample holder to move in the inside the chamber a distance of 150 millimeters in the direction horizontal. This allows us to place the sample to be irradiated in the axis of the deuterium source or in the orifice of the sources Download

El porta-muestras, construido en cobre con tratamiento especial para garantizar máxima conducción térmica, tiene acoplado un diodo de silicio para la medida de la temperatura. Este porta-muestras viene preparado con una rosca especial para garantizar el mejor contacto posible con el crisol, y evitar de esta forma gradientes de temperatura. Se han preparado tres clases de crisoles que permiten trabajar con distintos tipos de muestras (crisol 1 con 38 mm diámetro y 4 mm profundidad, crisol 2 con 8 milímetros de diámetro y 2 milímetros de profundidad, crisol 3 dimensiones similares a crisol 1 pero con un orificio en el centro que permite hacer medidas en modo de transmitancia).The sample holder, built in copper with special treatment to guarantee maximum conduction thermal, a silicon diode is attached to measure the temperature. This sample holder is prepared with a special thread to ensure the best possible contact with the crucible, and thus avoid temperature gradients. They have prepared three kinds of crucibles that allow working with different types of samples (crucible 1 with 38 mm diameter and 4 mm depth, crucible 2 with 8 millimeters in diameter and 2 millimeters deep, crucible 3 dimensions similar to crucible 1 but with a hole in the center that allows measurements to be made in transmittance).

d) Fuentes de descarga, para irradiacién de muestras (Fig. 1, II (b))d) Discharge sources, for irradiation of samples (Fig. 1, II (b))

La fuente de descarga ultravioleta y los cañones de iones y electrones requieren una presión < 5x10^{-6} milibar para poder funcionar. En el caso de presiones iguales a 0,01 milibar, ha sido necesario preparar un sistema con doble bombeo diferencial que permita alcanzar, en la cámara donde se adaptan estas fuentes, presiones entre 5x10^{-6}-10^{-8} milibar. Un esquema de la cámara de bombeo diferencial se muestra en la figura 2.The source of ultraviolet discharge and the cannons of ions and electrons require a pressure <5x10 - 6 millibar to work. In the case of pressures equal to 0.01 millibar, it has been necessary to prepare a system with double differential pumping that allows to reach, in the chamber where adapt these sources, pressures between 5x10 -6 -10 -8 millibar. An outline of the Differential pumping chamber is shown in Figure 2.

En la primera cámara (Fig. 2(a)), el bombeo diferencial se realiza con la bomba turbo-molecular 2, con una capacidad de bombeo de 60 litros/segundo y una bomba rotativa 2 de doble etapa, con una capacidad de aspiración de 2,5 m^{3}/hora.In the first chamber (Fig. 2 (a)), the differential pumping is done with the pump turbo-molecular 2, with a pumping capacity of 60 liters / second and a 2 stage double rotary pump, with a suction capacity of 2.5 m 3 / hour.

En la segunda cámara (Fig.2(b)), donde se adaptan las fuentes de descarga, se hace vacío con otra bomba turbo-molecular 3, con una capacidad de bombeo de 210 litros/segundo y una bomba rotativa de doble etapa 3, con una capacidad de 5 m^{3}/h. La medida de vacío se realiza con un sensor combinado Pirani/Penning.In the second chamber (Fig. 2 (b)), where adapt the discharge sources, it becomes empty with another pump turbo-molecular 3, with a pumping capacity of 210 liters / second and a 3 stage double rotary pump, with a capacity of 5 m 3 / h. The vacuum measurement is performed with a Combined Pirani / Penning sensor.

El vacío diferencial entre esta segunda cámara y la anterior se consigue a través de un orificio de 2 milímetros, que puede ser intercambiable por otro de mayor (4 mm.) o menor diámetro (0.5 mm.).The differential vacuum between this second chamber and the previous one is achieved through a 2 mm hole, which can be interchangeable for another of greater (4 mm.) or smaller diameter (0.5 mm.).

Las fuentes de descarga acopladas a la cámara de bombeo diferencial (o irradiación) son las siguientes: cañón de electrones, cañón de iones y fuente Ultravioleta de descarga.The download sources attached to the camera Differential pumping (or irradiation) are as follows: electrons, ion cannon and ultraviolet discharge source.

Uno de los retos técnicos resueltos en esta invención es el uso de fuentes de irradiación en simulación de atmósferas a presiones elevadas. Para poder usar fuentes de irradiación que requieren el encendido de un filamento para irradiar, la presión debe ser del orden de 10^{-6} milibar. Para planetas con una presión total del orden de 10^{-2} milibar, como Tritón, en principio es imposible estudiar los cambios en la superficie debidos a la irradiación usando este tipo de instrumentación. En principio, a esta presión ni el cañón de electrones ni el de iones podrían ser encendidos. Este problema ha sido solucionado en este sistema de trabajo mediante el diseño de un sistema de bombeo diferencial en dos etapas. Primero, la cámara atmosférica (o campana principal) esta separada del compartimiento donde se ubican las fuentes de irradiación mediante un orificio de salida de 2 milímetros de diámetro. El diseño del sistema de bombeo es mostrado en la figura 2. Entre el compartimiento de la fuente y la cámara atmosférica (campana principal) existe una segunda etapa de bombeo, donde la apertura variable del orificio controla la presión parcial en el compartimiento de irradiación. Cuanto menor sea el diámetro del orificio de entrada, mejor será la presión en la cámara de irradiación, haciendo posible el estudio del fenómeno de irradiación en planetas con alta presión (en la cámara principal o atmosférica). Además, orificios de diámetro pequeño también reducen (minimizan) el área irradiada. El orificio de entrada puede ser cambiado, desatornillando un pequeño disco de cobre de la brida del compartimiento de las fuentes de irradiación. Se ha usado discos con 3 diámetros diferentes por ejemplo: 0.5, 2 y 4 milímetros. Se ha estimado, y experimentalmente confirmado, que a una presión de 10^{-2} milibar en la cámara atmosférica, usando un orificio de entrada de 2 mm. se obtiene una presión total de 10^{-6} milibar en el compartimiento de las fuentes. Se ha estimado que la presión más alta (en cámara principal) que permite irradiar es aproximadamente de 1 milibar. Las fuentes de irradiación están diseñadas para obtener la distancia focal en el orificio (apertura) de entrada, de esta manera la mayoría de la radiación puede pasar a través de la configuración de doble salida (con dos orificios). Para irradiar la muestra mediante alguna de estas técnicas, se mueve (se traslada) la muestra mediante una traslación linear, colocándola en el orificio de salida. Una limitación es que el área irradiada es algo mayor que los 2 mm. de diámetro del orificio. Para irradiar planetas con presiones totales menores que 10^{-6} milibar, no es necesario el uso del disco de cobre en el orificio de entrada, y por tanto el disco de cobre puede ser desatornillado y quitado para ganar eficiencia.One of the technical challenges solved in this invention is the use of irradiation sources in simulation of atmospheres at high pressures. In order to use sources of irradiation that require the ignition of a filament to irradiate, the pressure should be of the order of 10-6 millibar. For planets with a total pressure of the order of 10 -2 millibar, as Triton, in principle it is impossible to study the changes in the surface due to irradiation using this type of instrumentation. In principle, at this pressure neither the cannon of electrons or ion could be ignited. This problem has been solved in this work system by designing a differential pumping system in two stages. First the camera Atmospheric (or main bell) is separated from the compartment where the irradiation sources are located through an orifice of 2 mm diameter outlet. The design of the pumping system is shown in figure 2. Between the source compartment and the atmospheric chamber (main bell) there is a second stage pumping, where the variable opening of the hole controls the partial pressure in the irradiation compartment. The smaller be the diameter of the inlet hole, the better the pressure in the irradiation chamber, making possible the study of the phenomenon irradiation on planets with high pressure (in the main chamber or atmospheric). In addition, small diameter holes too reduce (minimize) the irradiated area. The entrance hole can be changed by unscrewing a small copper disk from the flange of the irradiation source compartment. It has been used disks with 3 different diameters for example: 0.5, 2 and 4 millimeters It has been estimated, and experimentally confirmed, that a pressure of 10-2 millibar in the atmospheric chamber, using a 2 mm inlet hole. a total pressure of 10-6 millibar in the source compartment. It has been estimated that the highest pressure (in main chamber) that allows irradiate is approximately 1 millibar. The sources of irradiation are designed to obtain the focal length in the inlet opening (opening), in this way most of the radiation can pass through the dual output configuration (with two holes). To irradiate the sample by any of these techniques, the sample is moved (moved) by a linear translation, placing it in the exit hole. A limitation is that the irradiated area is somewhat larger than 2 mm. from hole diameter To radiate planets with total pressures less than 10-6 millibar, it is not necessary to use the disk of copper in the entrance hole, and therefore the copper disk It can be unscrewed and removed to gain efficiency.

e) Fuente de Deuterio (radiación ultravioleta)e) Source of Deuterium (ultraviolet radiation)

A la brida superior de la pieza en T, se ha adaptado la fuente de deuterio, para que verticalmente salga el haz de luz ultravioleta en dirección a la muestra. Para concentrar el haz de luz, a la salida de la lámpara se coloca una lente convergente. De esta manera se garantiza que llegará el haz de luz concentrado en un diámetro aproximado de unos 25 milímetros.The upper flange of the T-piece has been adapted the source of deuterium, so that vertically the beam comes out of ultraviolet light in the direction of the sample. To concentrate the light beam, at the exit of the lamp a lens is placed convergent. This ensures that the light beam will arrive concentrated in an approximate diameter of about 25 millimeters.

En el centro de la pieza en T, hay colocado un divisor de haz. Su función es reflejar parte de la luz en un ángulo de 90º y permitir transmitir la mayor intensidad posible a la muestra. Para medir la intensidad de la luz reflejada se sitúa un espectro-radiómetro en la brida colocada perpendicular a la fuente de emisión. En la figura 3 se muestra la configuración del sistema mediante irradiación UV, tanto para medidas en reflectancia como en el caso de transmitancia.In the center of the T-piece, there is a beam splitter Its function is to reflect part of the light at an angle  of 90º and allow transmitting the greatest possible intensity to the sample. To measure the intensity of the reflected light, a spectrum-radiometer on the flange placed perpendicular to the source of emission. Figure 3 shows the system configuration using UV irradiation, both for measures in reflectance as in the case of transmittance.

f) Sistema de análisis de gasesf) Gas analysis system

El sistema de análisis de gases por espectrometría de masas cuadrupolar se compone de: espectrómetro de masas, cámara de análisis, grupo de bombeo turbo-molecular, medidor de vacío y válvula de aislamiento entre cámara de proceso y cámara de análisis. El sistema de análisis se adaptará a la brida (e) de la figura 1, II.The gas analysis system by Quadrupole mass spectrometry is composed of: masses, analysis chamber, pumping group turbo-molecular, vacuum meter and valve isolation between process chamber and analysis chamber. He analysis system will adapt to the flange (e) of figure 1, II.

El sistema de análisis realizará las siguientes funciones:The analysis system will perform the following functions:

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Monitorización de los gases de proceso.Gas monitoring of process.

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Análisis de gases residuales en cámara principal.Waste Gas Analysis in main chamber.

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Verificación y detección de fugas.Verification and detection of leaks

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Determinación de muestras gaseosas producidas durante el proceso de descarga.Sample Determination Sodas produced during the discharge process.

Debido a que en el sistema de análisis se requiere trabajar a presiones <10^{-4} milibar, se requiere una válvula que tiene las siguientes adaptaciones especiales:Because in the analysis system requires work at pressures <10-4 milibar, required a valve that has the following special adaptations:

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Bypass-1 con orificio de mínima conductancia para trabajar en condiciones de presión 7 mbar.Bypass-1 with minimum conductance hole to work in conditions of pressure 7 mbar

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Bypass-2 con orificio de conductancia media para trabajar en condiciones de presión de 0.01 mbar. En las dos situaciones anteriores, la válvula de guillotina o de aislamiento estará en posición cerrada.Bypass-2 with medium conductance hole to work in conditions of pressure of 0.01 mbar. In the two previous situations, the valve of guillotine or insulation will be in closed position.

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La válvula estará abierta (con los bypass cerrados) cuando se tengan atmósferas de presión 10^{-8} milibar y se quiera ver la composición de gases residuales en la cámara principal o hacer detección de fugas.The valve will be open (with closed bypasses) when there are pressure atmospheres 10 - 8 millibar and you want to see the composition of gases residuals in the main chamber or make detection of leaks
h) Sistema de entrada de gasesh) Gas inlet system

El sistema de preparación de muestra para entrada de gases en cámara de proceso, se compone:The sample preparation system for gas inlet in process chamber, it is composed:

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Manifold-1 de mezcla de gases y vapor de agua.Manifold-1 of mixture of gases and water vapor.

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Manifold-2 de mezcla de gases.Manifold-2 of gas mixture

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Válvula de regulación de entrada de gases a cámara de proceso.Regulating valve gas inlet to process chamber.

En el manifold-1 se mezclan los gases y el vapor de agua. Existe la entrada de la mezcla de gases a través de línea lateral conectada a la botella de mezcla con una válvula dosificadora en posición intermedia. Por el otro lateral está colocado el medidor de flujo másico para vapor de agua. Los gases y el vapor de agua se mezclarán en el vaporizador colocado en la línea vertical e irán directamente al segundo manifold y, posteriormente, a la válvula de regulación.In manifold-1 the Gas and water vapor. There is the entrance of the gas mixture to via lateral line connected to the mixing bottle with a metering valve in intermediate position. On the other side The mass flow meter for water vapor is placed. The gases and water vapor will be mixed in the vaporizer placed in the vertical line and they will go directly to the second manifold and, later, to the regulating valve.

En el manifold-2 usado solamente para la mezcla de gases, se tienen las válvulas que separan la línea de entrada de las botellas de mezcla de gases. Para aislar el primero y segundo manifold hay una válvula de bola. Este segundo manifold conecta directamente con la válvula de regulación.In manifold-2 used only For the gas mixture, there are valves that separate the Inlet line of the gas mixture bottles. To isolate the First and second manifold there is a ball valve. This second Manifold connects directly to the regulating valve.

La unidad de control de entrada de gases en cámara principal se compone de:The gas inlet control unit in main camera consists of:

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Unidad electrónica de medida de vacío y control de regulación de flujo.Electronic unit of measure vacuum and flow regulation control.

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Válvula dosificadora de gas con regulación automática de flujo.Gas metering valve With automatic flow regulation.

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Medidor de vacío, adaptado en cámara principal, que nos da la señal del valor de presión requerida en cámara de proceso.Vacuum meter, adapted in main chamber, which gives us the pressure value signal required in process chamber.

Para conseguir las características técnicas de este equipo, se han tenido que resolver varios problemas tecnológicos. Primeramente, se ha diseñado la campana utilizando cierres de ultra-alto vacío, lo que permite poder estudiar cuerpos planetarios con presiones muy bajas como Europa. En segundo lugar, y para poder irradiar en condiciones como las de Triton con radiaciones de electrones e iones, se ha diseñado un sistema de bombeo diferencial en varias etapas, de manera que la presión total en la zona donde se enciende el filamento de la fuente de electrones o iones sea del orden de 10^{-6} mbar. Esto se consigue mediante el uso de un orificio, por donde sale la radiación y que hace de ``cuello'' para la difusión de los gases desde la cámara principal hasta la zona donde están las fuentes de irradiación.To get the technical characteristics of This team has had to solve several problems Technological First, the bell has been designed using ultra-high vacuum closures, allowing power study planetary bodies with very low pressures like Europe. Secondly, and to be able to radiate in conditions such as those of Triton with radiations of electrons and ions, a differential pumping system in several stages, so that the total pressure in the area where the filament of the source of electrons or ions is of the order of 10-6 mbar. This is achieved through the use of a hole, where the radiation and that acts as a `` neck '' for the diffusion of gases from the main chamber to the area where the sources of irradiation.

Presiones estables en condiciones marcianas se consiguen mediante un motor paso a paso que cierra de manera controlada una válvula de guillotina sobre una bomba CF-500. El cierre de la válvula posibilita regular la presión total con precisión.Stable pressures under Martian conditions are they get through a stepper motor that closes so controlled a guillotine valve on a pump CF-500 The closing of the valve makes it possible to regulate Total pressure accurately.

Los gases de la atmósfera que se quiere reproducir son mezclados y controlados mediante controladores de flujo independientes. La temperatura es regulada por un criostato de He, especialmente adaptado para poder ubicar diferentes tipos de muestras (minerales, mono-cristales, etc.).The gases of the atmosphere that you want reproduce are mixed and controlled by controllers independent flow. The temperature is regulated by a cryostat of He, specially adapted to be able to locate different types of samples (minerals, mono-crystals, etc.).

Existen otras instalaciones en el mundo de cámaras ambientales, la mayoría concebidas únicamente para simular el planeta Marte, pero en ellas no existe un control preciso sobre las presiones parciales individuales de cada gas, ni sobre la temperatura, ni consiguen condiciones estables de funcionamiento, y sobre todo no permiten irradiar y analizar
in-situ.
There are other facilities in the world of environmental chambers, most designed solely to simulate the planet Mars, but in them there is no precise control over the individual partial pressures of each gas, nor over temperature, nor do they achieve stable operating conditions, and above all they do not allow to radiate and analyze
on-site

Descripción de las figurasDescription of the figures

Figura 1.- Esquema de la cámara de vacío o principal:Figure 1.- Scheme of the vacuum chamber or principal:

I) Diseño de la cámara de vacío o principal. El prototipo diseñado se puede describir como un cilindro cuyas dimensiones son: 500 mm. de longitud y 400 mm. de diámetroI) Design of the vacuum or main chamber. He designed prototype can be described as a cylinder whose dimensions are: 500 mm. of length and 400 mm. diameter

II) Cámara de vacío o principal en detalle:II) Vacuum chamber or main in detail:

(a)(to)
lámpara UV de deuteriodeuterium UV lamp

(b)(b)
fuentes de irradiación (UV, electrones, iones)irradiation sources (UV, electrons, ions)

(c)(C)
doble bombeo diferencialdouble differential pumping

(d)(d)
entrada de gasesgas inlet

(e)(and)
cuadrupolo en RFquadrupole in RF

(f)(F)
salida espectro de transmitancia de la lámpara UV de deuteriooutput transmittance spectrum of the deuterium UV lamp

(g)(g)
portamuestras con sistema de refrigeración de He líquidosample holder with system He liquid cooling

(h)(h)
barra transferencia en ZZ transfer bar

(i)(i)
salida infrarrojoinfrared output

III) Sección lateral de la cámara de bombeo diferencial (o irradiación) donde se acoplan las fuentes de descarga.III) Side section of the pumping chamber differential (or irradiation) where the sources of discharge.

(j)(j)
segunda etapa bombeo diferencialsecond stage pumping differential

(k)(k)
cámara atmosférica:atmospheric chamber:

1 mbar < P < 5e-9 mbar1 mbar <P <5e-9 mbar

4ºK < T < 325ºK4th K <T < 325ºK

Figura 2.- Plano de la sección lateral de la cámara de bombeo diferencial (o irradiación) donde se acoplan las fuentes de descarga (cotas en milímetros).Figure 2.- Plane of the lateral section of the differential pumping chamber (or irradiation) where the discharge sources (dimensions in millimeters).

(a)(to)
primera cámara y (b) segunda cámarafirst camera and (b) second camera

Figura 3.- Esquema de medidas de UV en configuración de reflectancia y en modo transmitancia.Figure 3.- Scheme of UV measurements in reflectance and transmittance mode settings.

Figura 4.- Gráficas de la simulación de las condiciones de Marte: a) Introducción de los gases, y, b) enfriamiento de la muestra a 150ºK.Figure 4.- Graphs of the simulation of the Mars conditions: a) Introduction of gases, and, b) cooling of the sample to 150ºK.

Figura 5.- Gráficas de la simulación de las condiciones de Europa: a) se enfría la muestra a 50ºK, y, b) introducción de los gases.Figure 5.- Graphs of the simulation of the Europe conditions: a) the sample is cooled to 50ºK, and, b) introduction of gases.

Figura 6.- Gráfica de la simulación de las condiciones de la atmósfera de Tritón.Figure 6.- Graph of the simulation of the Triton atmosphere conditions.

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Ejemplos de aplicaciones de esta invenciónExamples of applications of this invention

Esta invención es aplicable en todas aquellas disciplinas técnicas y científicas que requieran un montaje o accesorio práctico donde llevar a cabo un control preciso de unas determinadas, o bien escogidas, condiciones atmosféricas y que ahí, dentro de esa cámara, se puedan comprobar o monitorizar diversos procesos químicos o biológicos. Si bien la motivación inicial en el planteamiento de la máquina que constituye esta invención estuvo relacionada, en principio, con el estudio de superficie de atmósferas planetarias, posteriormente, también se le han encontrado aplicaciones de interés en otros campos, citando, por ejemplo, en el de la biología (estudio de la resistencia de bacterias extremófilas), en la resistencia de materiales en determinadas atmósferas y sometidos a irradiación y en procesos de química atmosférica terrestre relacionada con la protección del medio ambiente terrestre.This invention is applicable in all those technical and scientific disciplines that require assembly or practical accessory where to carry out precise control of determined, or chosen, atmospheric conditions and that there, inside that camera, you can check or monitor various chemical or biological processes While the initial motivation in the machine approach that constitutes this invention was related, in principle, to the study of the surface of planetary atmospheres, subsequently, have also been found applications of interest in other fields, citing, by example, in that of biology (study of the resistance of extremophilic bacteria), in the resistance of materials in certain atmospheres and subjected to irradiation and in processes of Earth's atmospheric chemistry related to the protection of Earth's environment

De modo esquemático, los pasos a seguir para reproducir una determinada atmósfera en la cámara principal son los siguientes: después de cerrar y bombear la cámara principal de la máquina se introduce a través de la válvula situada en el manifold 2, las cantidades escogidas de los gases, acto seguido se enfrían estos hasta la temperatura de helio líquido. Alcanzada esta temperatura mediante una resistencia calefactora, localizada en el porta-muestras, el sistema de control eléctrico estabiliza la temperatura hasta el valor deseado. Este sistema de retroalimentación también permite que se programen ciclos de temperatura como "el noche y día" o cambios estacionales.Schematically, the steps to follow to reproduce a certain atmosphere in the main chamber are the  following: after closing and pumping the main chamber of the machine is introduced through the valve located in the manifold 2, the chosen quantities of gases, then cooled these up to the temperature of liquid helium. Reached temperature through a heating resistor, located in the sample holder, the electrical control system stabilizes the temperature to the desired value. This system of feedback also allows cycles to be programmed temperature such as "night and day" or seasonal changes.

Las muestras se colocan en posición horizontal en el pocillo (cubeta), de manera que es posible estudiar materiales poco cohesivos. Cristales, arenas, resinas, rocas y minerales están entre las posibles muestras que pueden ser introducidas en el sistema. La temperatura de la muestra puede ser controlada desde 4 a 325 K mediante dos fotodiodos (diodo de silicio) colocados en un lateral del porta-muestras en contacto con la muestra sólida.The samples are placed horizontally in the well (bucket), so that it is possible to study low cohesive materials Crystals, sands, resins, rocks and minerals are among the possible samples that can be introduced into the system. Sample temperature can be controlled from 4 to 325 K by two photodiodes (diode silicon) placed on one side of the sample holder in contact with the solid sample.

A continuación se va a describir posibles ejemplos de a aplicaciones de esta invención. Se trata de reproducir las condiciones ambientales de varios entornos planetarios con el fin de una aplicación práctica. Los temas seleccionados a modo de ejemplo presentan un amplio rango de presiones atmosféricas y de temperatura así como situaciones de irradiación (dosis y elemento irradiante) diferentes.Next we will describe possible examples of applications of this invention. Is about reproduce the environmental conditions of various environments planetariums for the purpose of a practical application. The topics selected by way of example they have a wide range of atmospheric and temperature pressures as well as situations of irradiation (dose and irradiating element) different.

Ejemplo 1Example 1 Química atmosférica. Mesosfera y quimiosfera terrestresAtmospheric chemistry. Earth's mesosphere and chemosphere

Una de las aplicaciones de esta máquina es el estudio de reacciones químicas que tienen lugar en las capas altas de la atmósfera terrestre, estas reacciones pueden ser debidas tanto a fenómenos naturales como reacciones en las que se ven implicados contaminantes que se vierten en la atmósfera. El estudio permite la monitorización de los posibles productos químicos de reacción como consecuencia de los efectos de la radiación.One of the applications of this machine is the study of chemical reactions that take place in the upper layers of the Earth's atmosphere, these reactions may be due both natural phenomena and reactions in which they are seen involved pollutants that are poured into the atmosphere. The study allows the monitoring of possible chemical products of reaction as a result of the effects of radiation.

Relacionado con el estudio de las diferentes capas de la atmósfera, es interesante la simulación de la Mesosfera, ya que su estudio se ha visto dificultado por el hecho de que es demasiado alta para globos sonda pero demasiado baja para los satélites artificiales (se emplean cohetes) por tanto simulaciones de esta capa atmosférica (200 K y 80 Km de altura) pueden aportar nueva información a fenómenos que tengan lugar en dichas condiciones. También sería interesante la simulación de las capas atmosféricas llamadas quimiosfera e ionosfera es una región de poca densidad donde se absorben las radiaciones de alta energía, del UV lejano, estas radiaciones dan lugar a reacciones químicas diferentes, como reacciones de fotodisociación y de ionización plausibles de estudio.Related to the study of the different layers of the atmosphere, the simulation of the Mesosphere, since its study has been hampered by the fact that is too high for probe balloons but too low for artificial satellites (rockets are used) therefore simulations of this atmospheric layer (200 K and 80 km high) they can bring new information to phenomena that take place in these conditions. It would also be interesting to simulate the atmospheric layers called chemosphere and ionosphere is a region low density where high energy radiation is absorbed, from far UV, these radiations give rise to chemical reactions different, such as photodissociation and ionization reactions plausible study.

Para realizar trabajos en estos temas, se bombea la cámara principal siguiendo el protocolo experimental descrito en líneas anteriores hasta una presión atmosférica entre 1 y 0.01 mbar en el caso de la quimiosfera y entre 10^{-2} y 10^{-9} mbar en el caso de la ionosfera. La temperatura de la muestra se lleva al valor de estudio 200 K.To perform work on these issues, it is pumped the main chamber following the experimental protocol described on previous lines up to an atmospheric pressure between 1 and 0.01 mbar in the case of the chemosphere and between 10-2 and 10-9 mbar in the case of the ionosphere. The sample temperature is leads to the study value 200 K.

Para estudios de reacciones en la interfase sólido-gas (catálisis) la muestra se deposita en el pocillo porta-muestras se lleva hasta la temperatura en estudio. La muestra se somete a diferentes composiciones atmosféricas. El espectrómetro de masas hace una medida de la composición del gas en ausencia de muestra catalítica y después de haber sido introducida esta. La superficie catalítica es irradiada por ejemplo con iones utilizando el cañón de iones.For studies of reactions at the interface solid-gas (catalysis) the sample is deposited in the sample well is carried to the temperature under study The sample is subjected to different atmospheric compositions The mass spectrometer makes a measurement of gas composition in the absence of catalytic sample and after having been introduced this. Catalytic surface it is irradiated for example with ions using the barrel of ions

Desde el punto de vista medioambiental se pueden simular estudios de cambios químicos producidos mediante irradiación UV en una atmósfera de ozono y vapor de agua. También se puede aplicar a la formación de ozono; el ozono estratosférico se produce cuando la energía del sol rompe moléculas de gas de O_{2} en átomos de O. Después, estos átomos de O se unen con otras moléculas de O_{2} para formar la molécula de O_{3}, ozono.From an environmental point of view you can  simulate studies of chemical changes produced by UV irradiation in an atmosphere of ozone and water vapor. Too It can be applied to ozone formation; stratospheric ozone occurs when the sun's energy breaks gas molecules of O 2 in atoms of O. Then, these atoms of O join with others O2 molecules to form the O3 molecule, ozone.

Cabe mencionar también una de las principales aplicaciones de la instalación como sin ulador de la composición de la atmósfera terrestre primigenia o prebiótica y estudio de los posibles productos de reacción. En este caso particular la composición de la atmósfera dentro de la cámara estaría compuesta por los gases CO_{2}, CH_{4} y H_{2}, principalmente.It is also worth mentioning one of the main installation applications as without ulator the composition of the primal or prebiotic terrestrial atmosphere and study of Possible reaction products. In this particular case the composition of the atmosphere inside the chamber would be composed by the CO 2, CH 4 and H 2 gases, mainly.

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Ejemplo 2Example 2 Radiación espacialSpatial radiation

En este ejemplo se engloban procesos de simulación como: radiación de partículas en el medio interestelar (polvo interplanetario) para ver su posible alteración, irradiación de hielos de cometas. Un caso concreto es la simulación de irradiación de hielos interestelares mediante radiación ultravioleta en las siguientes condiciones 10^{-9} mbar y 10 K, en estas condiciones se puede estudiar el efecto de la radiación UV, analizando la posible formación de radicales y compuestos orgánicos.This example includes processes of simulation as: particle radiation in the interstellar medium (interplanetary dust) to see its possible alteration, irradiation of kite ice. A specific case is the simulation of irradiation of interstellar ice by radiation ultraviolet under the following conditions 10-9 mbar and 10 K, under these conditions the effect of radiation can be studied UV, analyzing the possible formation of radicals and compounds organic

Para irradiar la muestra en estudio con radiación UV se dispone de la fuente de Deuterio situada a una distancia de 45 cm sobre la muestra (ver figura 1). La determinación de la dosis o tiempo de irradiación se mide mediante el espectro-radiómetro. La presión parcial de los gases se monitoriza mediante el espectrómetro de masas situado en un compartimiento acoplado a la cámara atmosférica. La presión total a la que se realiza el experimento es de 10^{-9} mbar y se mide con un manómetro situado en la campana atmosférica. La temperatura de la muestra es de 10K y se mide mediante diodo de silicio colocado en el portamuestras.To irradiate the sample under study with UV radiation is available from the Deuterium source located at a distance of 45 cm over the sample (see figure 1). The Determination of the dose or irradiation time is measured by The spectrum radiometer. The partial pressure of gases is monitored by the mass spectrometer located in a compartment attached to the atmospheric chamber. The pressure total at which the experiment is performed is 10-9 mbar and measured with a pressure gauge located in the atmospheric hood. The Sample temperature is 10K and is measured by diode Silicon placed in the sample holder.

En este campo del estudio de materiales especiales con aplicaciones en la tecnología espacial, esta máquina también presenta la posibilidad de comprobar o verificar sensores o materiales que vayan a ser utilizados en condiciones de radiación espacial (misiones espaciales, satélites, sondas automáticas). Un ejemplo concreto sería la simulación de las condiciones a las que esta sometida la estación espacial internacional (ISI) a 400 Km. en órbita de la Tierra (presión de vacío y temperaturas desde 116 K hasta 152 K).In this field of materials study special with applications in space technology, this machine it also presents the possibility to check or verify sensors or materials to be used in radiation conditions space (space missions, satellites, automatic probes). A concrete example would be the simulation of the conditions to which The International Space Station (ISI) is 400 km away. Earth's orbit (vacuum pressure and temperatures from 116 K up to 152 K).

Ejemplo 3Example 3 Físico-química de materiales y de procesos geológicos en cuerpos planetariosPhysical-chemical materials and processes geological in planetary bodies

En esta maquina presentada en esta invención se simulan o reproducen los diferentes procesos geológicos que afectan a la renovación de la superficie y la dinámica interna de un objeto planetario en la actualidad o en otros periodos geológicos y sus implicaciones astrobiológicas. Además, de planetas y meteoritos rocosos, se pretende el estudio de la geología de otros objetos con superficie sólida químicamente diferente como los satélites del sistema solar exterior. Los materiales geológicos se pueden generar, en ocasiones, en el interior de la cámara de simulación, cono por ejemplo clatratos de gas a partir de fase de vapor. Otras veces el experimento se llevará a cabo en un sustrato geológico previo. Mediante técnicas analíticas como espectrometría de masas, espectroscopia de IR y UV, disponibles en la maquina, se puede controlar cómo ocurren las reacciones químicas y cómo afectan los resultados a los procesos geológicos y qué implicaciones sobre la astrobiología conllevan. Mediante el uso de espectroscopia infrarroja se puede realizar la comparación de las señales interesantes con los datos provenientes tanto de los sensores espaciales como de observatorios terrestres.In this machine presented in this invention, simulate or reproduce the different geological processes that affect to the surface renewal and internal dynamics of an object planetarium at present or in other geological periods and their astrobiological implications In addition, planets and meteorites rocky, the study of the geology of other objects with chemically different solid surface like satellites outdoor solar system Geological materials can be generate, sometimes, inside the simulation chamber, cone for example gas clathrates from the vapor phase. Other times the experiment will be carried out on a geological substrate previous. Through analytical techniques such as mass spectrometry, IR and UV spectroscopy, available in the machine, can be control how chemical reactions occur and how they affect results to geological processes and what implications on Astrobiology entail. Through the use of spectroscopy infrared can compare the signals interesting with the data coming from both the sensors space as of terrestrial observatories.

La formación de minerales y rocas en condiciones extraterrestres se pueden lograr en la máquina objeto de esta Patente. Ejemplos concretos de minerales de alto interés para los geólogos, son los siguientes:The formation of minerals and rocks in conditions  aliens can be achieved on the machine object of this Patent. Concrete examples of minerals of high interest to geologists, are the following:

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Clatratos de gas a partir de sustratos con propiedades físico-químicas diferentes.Gas clathrates from substrates with physicochemical properties different.

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Evaporitas y carbonatos en Marte y en condritas carbonaceas. Evaluación de la hipótesis de formación de estos minerales con presencia de fases del agua no líquida.Evaporites and carbonates on Mars and in carbonaceous chondrites Evaluation of the formation hypothesis of these minerals with presence of non-liquid water phases.

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Moléculas orgánicas en el sistema solar. Estabilidad en superficies planetarias.Organic molecules in the solar system. Stability on planetary surfaces.

Una ampliación de este estudio lo constituye la simulación de la generación de estructuras geológicas planetarias de particular interés:An extension of this study is the simulation of the generation of planetary geological structures Of particular interest:

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Evolución de estructuras relacionadas con la congelación/descongelación de hielos en Marte.Evolution of related structures with freezing / thawing ice on Mars.

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Terrenos caóticos en superficies con hielos en el sistema solar. Estudio de la destrucción catastrófica de capas de hielos de clatratos y análisis de las morfologías resultantes.Chaotic land on surfaces with Ice in the solar system. Catastrophic destruction study of ice layers of clathrates and analysis of morphologies resulting.

Otros estudios posibles son la evaluación de procesos de alteración exógena de materiales planetarios.Other possible studies are the evaluation of processes of exogenous alteration of planetary materials.

Fotoquímica. Estudio de la alteración de materiales de las superficies planetarias por exposición a diferentes tipos de radiación: UV, partículas cargadas, radiación cósmica. Cálculos de tasas de alteración para establecer cronología de materiales afectados por estos procesos.Photochemistry. Study of the alteration of planetary surface materials by exposure to Different types of radiation: UV, charged particles, radiation Cosmic Alteration rate calculations to establish chronology of materials affected by these processes.

Alteración de materiales por variación de parámetros físicos (ej. despresurización). Permanencia de los materiales metastables en las nuevas condiciones extremas).Alteration of materials by variation of physical parameters (eg depressurization). Permanence of metastable materials in the new extreme conditions).

Ejemplo 4Example 4 Experimentos biológicos. AstrobiologíaBiological experiments Astrobiology

Los experimentos que implican la exposición de organismos a la superficie de los planetas de nuestro sistema solar se ven restringidos, en ocasiones, por las condiciones de baja humedad en el ambiente, por las condiciones de baja presión o incluso de alto vacío. En este equipo se pueden realizar diferentes experimentos para estudiar la respuesta de organismos previamente escogidos y ocasionalmente modificados, a las nuevas condiciones de alta radiación, composición atmosférica diferente, además de temperatura y presión extremas.Experiments involving the exposure of organisms to the surface of the planets of our solar system are sometimes restricted by the conditions of withdrawal humidity in the environment, due to low pressure conditions or Even high vacuum. In this equipment you can perform different experiments to study the response of organisms previously chosen and occasionally modified, to the new conditions of high radiation, different atmospheric composition, in addition to extreme temperature and pressure.

Se han realizado primeros ensayos para detectar el posible metabolismo de algunos microorganismos en el ambiente de la superficie de Marte. Las preparaciones biológicas están compuestas por microorganismos en estado vegetativo aunque también se podría realizar con formas de resistencia (esporas). En el caso de las bacterias podrían ser de condiciones de crecimiento variables: extremófilos o modelos de ensayo de condiciones de vida no extremas. Preparación de muestras con inclusión de material biológico ya sea en estado vegetativo como en formas de resistencia, cultivos crecidos y desecados o bien rocas o minerales determinados donde se ha introducido material biológico de estudio para el ensayo de resistencia a condiciones de baja presión y alta radiación. Análisis de los mecanismos de protección que se puedan desarrollar en el organismo contra las adversas condiciones. Estudio del efecto de pigmentos para la supervivencia, respuesta metabólica a nivel molecular, detección de posibles nuevas actividades enzimáticas que permitan la colonización de este medio extremo. Una segunda aplicación englobada en este campo es el análisis de posibles biomarcadores que aparezcan por el metabolismo de los microorganismos en condiciones extremas.First tests have been carried out to detect the possible metabolism of some microorganisms in the environment from the surface of Mars. The biological preparations are composed of microorganisms in vegetative state but also It could be done with resistance forms (spores). If of bacteria could be growth conditions Variables: Extremophiles or life conditions test models not extreme Sample preparation including material biological either in a vegetative state or in forms of resistance, grown and dried crops or rocks or minerals  determined where biological study material has been introduced for the test of resistance to low pressure and high conditions radiation. Analysis of the protection mechanisms that may be develop in the body against adverse conditions. Study of the effect of pigments for survival, response metabolic at the molecular level, detection of possible new Enzymatic activities that allow colonization of this medium extreme. A second application included in this field is the analysis of possible biomarkers that appear due to metabolism of microorganisms in extreme conditions.

Ejemplo 5Example 5 Simulación de atmósferas planetarias. PlanetologíaSimulation of planetary atmospheres. Planetology

A continuación se va a describir como se reprodujeron las condiciones ambientales de tres cuerpos distintos del sistema solar en la máquina motivo de esta invención. Los tres objetos seleccionados varían en un amplio rango de presiones atmosféricas, así como diferentes temperaturas en cada superficie.Next it will be described as they reproduced the environmental conditions of three different bodies of the solar system in the machine motive of this invention. The three Selected objects vary in a wide range of pressures atmospheric as well as different temperatures in each surface.

En este sistema de vacío se simulan las condiciones de 5 presión, temperatura, composición gaseosa y radiaciones existentes en Marte, Tritón y Europa.In this vacuum system the conditions of pressure, temperature, gaseous composition and existing radiation on Mars, Triton and Europe.

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Planeta MartePlanet Mars

Desde la década de los años 70, la exploración en Marte ha revelado algunas de las propiedades atmosféricas y de superficie de este planeta (1, 2), por ejemplo sus constituyentes mayoritarios y el ambiente de radiación ultravioleta (3), los cuales son importantes restricciones para la vida. Valores de presión de 7 mbar son normalmente utilizados como valores medios de presión atmosférica del planeta, la temperatura presenta ciclos de rango desde 150 a 280 K debido a procesos estacionales en la actualidad. Tanto los valores de presión como las variaciones de temperatura pueden ser programados en nuestro sistema, lo que puede tener un particular interés para la simulación de procesos estacionales. Para alcanzar estos valores, primero se programó las presiones parciales de cada gas de manera que en la cámara se tuviera 95% CO_{2}, 2.7% N_{2}, 1.6% Ar y 0.6% de H_{2}O con una presión total de 7 mbars. Para obtener esta presión, se tuvo que cerrar la válvula de la bomba turbo de la cámara principal hasta un 90% (o del todo, al cerrar del todo la guillotina se bombeó la cámara principal mediante la bomba de membrana), y parar las bombas turbomoleculares del bombeo diferencial en el compartimiento de las fuentes de irradiación. Esto impide la utilización de fuentes de irradiación en condiciones de la atmósfera de Marte. Las fuentes de irradiación se pueden utilizar en caso de simulaciones de Marte si se trabaja a una presión total de 1 mbar. En cualquier caso, es bien conocido que iones y electrones que provienen de los rayos cósmicos tiene una acción pequeña en la superficie de Marte. El proceso de programar (obtener) la atmósfera deseada para las condiciones de Marte dura alrededor de 5 minutos, como se muestra en la figura 4a. Una vez que la presión parcial de todos los gases esta estabilizada, se puede enfriar la superficie a 150K. Se ha conseguido estabilizar la temperatura en 15 minutos, como se muestra en la figura 4b. La variación u oscilación en las presiones parciales de los gases es debido al paso (proceso) de calentamiento, el cual induce adsorción y desorción de las moléculas.Since the 70s, exploration on Mars has revealed some of the atmospheric properties and of surface of this planet (1, 2), for example its constituents majority and the ultraviolet radiation environment (3), the which are important restrictions for life. Values of 7 mbar pressure are normally used as average values of atmospheric pressure of the planet, the temperature has cycles of range from 150 to 280 K due to seasonal processes in the present. Both pressure values and variations in temperature can be programmed in our system, which can  have a particular interest for process simulation seasonal. To reach these values, the partial pressures of each gas so that in the chamber had 95% CO 2, 2.7% N 2, 1.6% Ar and 0.6% H 2 O with a total pressure of 7 mbars. To get this pressure, we had that close the main chamber turbo pump valve up to 90% (or at all, when the guillotine is closed completely pumped the main chamber using the membrane pump), and stop the turbomolecular pumps of differential pumping in the compartment of irradiation sources. This prevents the use of irradiation sources under conditions of Mars atmosphere. Irradiation sources can be used in case of Mars simulations if working at full pressure 1 mbar In any case, it is well known that ions and electrons that come from cosmic rays has an action Small on the surface of Mars. The programming process (obtain) the desired atmosphere for the conditions of hard Mars about 5 minutes, as shown in figure 4a. One time that the partial pressure of all gases is stabilized, It can cool the surface to 150K. It has managed to stabilize the temperature in 15 minutes, as shown in figure 4b. The variation or oscillation in the partial pressures of gases is due to the heating step (process), which induces adsorption and desorption of the molecules.

Satélite EuropaEurope satellite

El satélite de Júpiter, Europa es un objeto planetario interesante desde el punto de vista geológico y astrobiológico. Su característica más atractiva es la posible presencia de un océano alojado en su interior. Las misiones espaciales de Voyager y Galileo han obtenido alguna información a cerca de la física, química y geología de este planeta, incluyendo la distribución de la temperatura (4) y el ambiente (condiciones) de radiación en la superficie (5). Además, observaciones efectuadas desde la Tierra han determinado la existencia de atmósfera (6). Para estudios sobre la superficie del satélite Europa, la presión base de la cámara debería ser reducida lo mas posible. Como se ha usado CF standard para las bridas de vacío, estas presiones bajas (de ultra alto vacío) pueden ser alcanzadas después del horneo de toda la maquina, dicho procedimiento es bien conocido en el campo de física de superficie en sistemas de ultra alto vacío (mediante calentamiento se produce la desorción de vapor de agua adsorbida en las paredes de la campana). La presión residual esta en el rango de valores bajos de 10^{-9} mbar, y la composición principal son moléculas de agua e
hidrógeno.
Jupiter's satellite, Europe is an interesting planetary object from the geological and astrobiological point of view. Its most attractive feature is the possible presence of an ocean housed inside. The space missions of Voyager and Galileo have obtained some information about the physics, chemistry and geology of this planet, including the distribution of temperature (4) and the environment (conditions) of surface radiation (5). In addition, observations made from Earth have determined the existence of atmosphere (6). For studies on the surface of the Europa satellite, the base chamber pressure should be reduced as much as possible. As standard CF has been used for vacuum flanges, these low pressures (ultra high vacuum) can be achieved after the whole machine is baked, such a procedure is well known in the field of surface physics in ultra high vacuum systems (heating causes desorption of adsorbed water vapor on the bell walls). The residual pressure is in the range of low values of 10-9 mbar, and the main composition is water molecules and
hydrogen.

El protocolo experimental consiste en:The experimental protocol consists of:

1. Se enfría la muestra a 50ºK. Estabilizar este valor de temperatura en la muestra nos lleva unos 20 minutos (ver figura 5a). En este proceso muchos de los gases condensan y la presión atmosférica total de la cámara disminuye hasta valores de 10^{-10} mbar.1. The sample is cooled to 50 ° K. Stabilize this temperature value in the sample takes about 20 minutes (see figure 5a). In this process many of the gases condense and the total atmospheric pressure of the chamber decreases to values of 10-10 mbar.

2. Entonces se introdujo oxígeno a través de la válvula que se encuentra en manifold 2, hasta monitorizar en el espectrómetro de masas la presión requerida tal y como se aprecia en la gráfica de la figura 5b.2. Then oxygen was introduced through the valve found in manifold 2, until monitored in the mass spectrometer the required pressure as seen in the graph of figure 5b.

Satélite TritónTriton Satellite

La nave espacial Voyager 2 ha mostrado la actividad normal del satélite de Neptuno, Tritón. Procesos geológicos, como criovolcanismo ocurren en este ambiente de temperaturas extremadamente bajas, en el cual incluso el nitrógeno es estacionalmente (periódicamente) sólido. Interacciones entre la atmósfera y la superficie han sido descritas, como geysers expulsando gases. Una vez en la atmósfera, algunos materiales son fotolíticamente destruidos (7).The Voyager 2 spacecraft has shown the normal activity of the satellite of Neptune, Triton. Processes geological, as cryovolcanism occur in this environment of extremely low temperatures, in which even nitrogen It is seasonally (periodically) solid. Interactions between the atmosphere and surface have been described as geysers expelling gases. Once in the atmosphere, some materials are photolytically destroyed (7).

Las condiciones de Tritón han sido simuladas en esta máquina también como un ambiente limite técnicamente (desafío técnico), debido a las circunstancias de baja presión relativa (10^{-2} mbar, con 93% N_{2}, 4% CO y 3% CH_{4}) y 5 temperaturas muy bajas. Aunque Tritón, no tiene significativa evidencia de interés astrobiológico, merece la atención desde el punto de vista geológico. Para reproducir, la atmósfera de Tritón, se programó primero la composición gaseosa deseada, la cual se estabiliza en unos 5 minutos. La presión parcial de cada gas para la atmósfera de Tritón esta representada en la figura 6 cerca del comienzo. Partiendo de ese punto, se disminuyó la temperatura hasta el valor de 38K. Cabe mencionar que esta temperatura esta cercana al punto critico de los gases que componen la atmósfera de Tritón, por consiguiente, una pequeña variación en la temperatura provoca que el CO, CH_{4}, y el N_{2} condensen (desde el tiempo de 500 a 1000s ver en la figura 6. Como consecuencia, un extremado control en la temperatura de la superficie debe ser conseguido para lograr unas condiciones 1 atmosféricas estables para Tritón. Se han sido capaces de alcanzar condiciones estables de Tritón después de 15 minutos.Triton's conditions have been simulated in This machine also as a technically limit environment (challenge technical), due to the circumstances of low relative pressure (10 -2 mbar, with 93% N2, 4% CO and 3% CH4) and 5 very low temperatures Although Triton has no significant evidence of astrobiological interest, deserves attention from the geological point of view To reproduce, the atmosphere of Triton, the desired gaseous composition was programmed first, which stabilizes in about 5 minutes. The partial pressure of each gas to Triton's atmosphere is depicted in figure 6 near the Start. Starting from that point, the temperature was lowered to the value of 38K. It is worth mentioning that this temperature is close to the critical point of the gases that make up Triton's atmosphere, consequently, a small variation in temperature causes that CO, CH 4, and N 2 condense (since the time of 500 at 1000s see in figure 6. As a consequence, extreme control at the surface temperature must be achieved to achieve stable atmospheric conditions 1 for Triton. Have been capable of reaching stable Triton conditions after 15 minutes

Por el momento, se ha comprobado que se puede reproducir de manera estable las condiciones de:At the moment, it has been proven that you can Stably reproduce the conditions of:

Marte (7 mbars de presión total, con 95% CO_{2}, 2,7% N_{2}, 1.6% Ar y 0.6% H_{2}O, y temperaturas entre 150 a 280K)Mars (7 mbars total pressure, with 95% CO2, 2.7% N2, 1.6% Ar and 0.6% H2O, and temperatures between 150 to 280K)

Europa (10^{-8} mbar de O_{2} y temperaturas entre 86 y 146K)Europe (10-8 mbar of O2 and temperatures between 86 and 146K)

Tritón (10^{-2} mbar, con 93% N_{2}, 4% CO y 3% CH_{4} y temperatura de 38K)Triton (10 -2 mbar, with 93% N2, 4% CO and 3% CH4 and 38K temperature)

Sin embargo la versatilidad de la máquina inventada hace que se puedan reproducir las condiciones de cualquier planeta, con la única condición de que la presión sea más baja o igual que la atmosférica.However the versatility of the machine invented makes it possible to reproduce the conditions of any planet, with the only condition that the pressure be more  Low or equal to atmospheric.

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Ejemplo f.)Example f.) Calibrado y homologación de sensores y materiales funcionales a diferentes atmósferasCalibration and approval of sensors and functional materials a different atmospheres

Esta invención constituye una plataforma única para la realización de pruebas de calibración de sensores, así como la comprobación funcional de instrumentación científica (ensayos), destinada al estudio en condiciones atmosféricas reproducibles por cómo pueden ser las condiciones en el espacio interplanetario, (planetas, satélites artificiales), o en los polos terrestres. Presión, temperatura, concentración de gases, radiación ultravioleta, de electrones e iones, se pueden simular en un amplio rango de energías.This invention constitutes a unique platform for conducting sensor calibration tests, as well as  Functional testing of scientific instrumentation (trials), intended for study in reproducible atmospheric conditions by how the conditions in interplanetary space can be, (planets, artificial satellites), or at the Earth's poles. Pressure, temperature, gas concentration, radiation ultraviolet, of electrons and ions, can be simulated in a wide range of energies

Debido a su especial configuración (control de flujos en distintas cámaras (turbulento, laminar y molecular)), es posible combinar presión, temperatura y concentración de gases, con radiación ultravioleta (lámpara de deuterio), o bien con iones (Ar, H, He), electrones, o radiación ultravioleta (lámpara de descarga de He).Due to its special configuration (control of flows in different chambers (turbulent, laminar and molecular)), is possible to combine pressure, temperature and gas concentration, with ultraviolet radiation (deuterium lamp), or with ions (Ar, H, He), electrons, or ultraviolet radiation (discharge lamp of He).

Esto permite caracterizar sensores en sus rangos mínimo - máximo, y la realización de pruebas paramétricas funcionales (ensayos), como combinación de todas las variables. Nuestra instalación admite, mediante la utilización de bridas adaptadas con pasamuros de ultra alto vacío, que la instrumentación de la que sea objeto de estudio (ensayo), pueda ser probada in-situ, analizando los efectos de la radiación, sobre medidas de presión o temperatura, o bien sobre ciertas dosis de radiación, comprobar los efectos que podrían causar cambios en la presión o en la temperatura.This allows to characterize sensors in their minimum - maximum ranges, and the performance of functional parametric tests (tests), as a combination of all the variables. Our installation admits, by means of the use of flanges adapted with ultra-high vacuum passages, that the instrumentation of which is the object of study (test), can be tested in situ , analyzing the effects of radiation, on pressure measurements or temperature, or on certain doses of radiation, check the effects that could cause changes in pressure or temperature.

Referencias References

(1) Owen, T. C. (1992). The composition and early history of the atmosphere of Mars. In: Mars. Kieffer, H. H. et al. (Eds.),818-835. University of Arizona Press.(1) Owen , TC ( 1992 ). The composition and early history of the atmosphere of Mars. In: Mars. Kieffer, HH et al . (Eds.), 818-835. University of Arizona Press.

(2) Zurek, R. W. et al. (1992). Dynamics of the atmosphere of Mars. In: Mars. Kieffer, H. H. et al. (Eds.),835-934. University of Arizona Press.(2) Zurek , RW et al . ( 1992 ). Dynamics of the atmosphere of Mars. In: Mars. Kieffer, HH et al . (Eds.), 835-934. University of Arizona Press.

(3) Cockell, C. S., et al. (2000). The UV environment of Mars: Biological implications. Past, present and future. Icarus 146, 343-349.(3) Cockell , CS, et al . ( 2000 ). The UV environment of Mars: Biological implications. Past, present and future. Icarus 146, 343-349.

(4) Spencer, J. R., et al. (1999). Temperatures on Europa from PPR: Night time thermal anomalies. Science 284, 1514-1516.(4) Spencer , JR, et al . ( 1999 ). Temperatures on Europa from PPR: Night time thermal anomalies. Science 284, 1514-1516.

(5) Cooper, J. F., et al. (2001).Energetic :Con and Electron Irradiation of the Icy Galilean Satellites Icarus, Volume 149, Issue 1, 133-159.(5) Cooper , JF, et al . ( 2001 ) .Energetic: With and Electron Irradiation of the Icy Galilean Satellites Icarus, Volume 149, Issue 1, 133-159.

(6) Hall, D. T., et al. (1995). Detectio:z of an oxygen atmosphere on Jupiter's moon, Europa. Nature 373, 677-679.(6) Hall , DT, et al . ( 1995 ). Detectio: z of an oxygen atmosphere on Jupiter's moon, Europe. Nature 373, 677-679.

(7) Yelle, R. V. et al. (1995). Lower atmospheric structure and surface atmosphere interaction on Triton. In: Neptune and Triton. Cruikshank, D. P. (Ed.), 1031-11C7. University of Arizona Press.(7) Yelle , RV et al . ( 1995 ). Lower atmospheric structure and surface atmosphere interaction on Triton. In: Neptune and Triton. Cruikshank, DP (Ed.), 1031-11C7. University of Arizona Press.

Claims (4)

1. Máquina útil para la reproducción y simulación de las condiciones de ambientes superficiales o de atmósferas planetarias caracterizada porque comprende las partes siguientes:1. Machine useful for the reproduction and simulation of the conditions of surface environments or planetary atmospheres characterized in that it comprises the following parts: a) una cámara atmosférica, de vacío o principal donde realizar los procesos proyectados donde lea composición de los gases en ella introducidos y la presión parcial (tanto para trabajos en alto vacío como aquellos otros a presión atmosférica) es controlable por medio de un sistema de bombeo y de medida y control de la presión de cada componente gaseoso introducido en la cámara principal, y donde unidos debidamente a esta cámara principal existen,a) an atmospheric, vacuum or main chamber where to perform the projected processes where you read composition of the gases introduced into it and the partial pressure (both for high vacuum jobs like those at atmospheric pressure) it is controllable by means of a pumping and measuring system and control of the pressure of each gaseous component introduced into the main chamber, and where properly attached to this chamber main exist, b) una unidad porta-muestra y sistema (manipulador o traslador) que permite la introducción de ésta en la cámara principal,b) a sample holder unit and system (manipulator or transfer) that allows the introduction of this one in the main chamber, c) un criostato en contacto con el porta-muestras que permite a la muestra introducida en la cámara principal mantener una temperatura fija,c) a cryostat in contact with the sample holder that allows the introduced sample in the main chamber keep a fixed temperature, d) fuentes de descarga que incluye sistema con doble bombeo diferencial para la irradiación de la muestra colocada en la cámara principal, yd) download sources that include system with double differential pumping for sample irradiation placed in the main chamber, and e) una fuente de deuterio.e) a source of deuterium. 2. Máquina según la reivindicación 1 caracterizada porque la cámara atmosférica o principal de a) comprende opcionalmente las partes siguientes como elementos de análisis y/o comprobación del medio gaseoso: un sistema de análisis de los gases y/o un sistema de entrada controlada de los gases; y/o las partes siguientes como elementos de medida y análisis de materiales o medios biológicos: espectroscopia de infrarrojos y/o espectroscopia de Ultravioleta.2. Machine according to claim 1 characterized in that the atmospheric or main chamber of a) optionally comprises the following parts as elements of analysis and / or verification of the gaseous medium: a gas analysis system and / or a controlled input system of the gases; and / or the following parts as measuring elements and analysis of biological materials or media: infrared spectroscopy and / or Ultraviolet spectroscopy. 3. Uso de la máquina según las reivindicaciones 1 y 2 para la realización de ensayos de materiales, catalizadores, compuestos químicos, bioquímicos biotecnológicos o muestras biológicas.3. Use of the machine according to the claims 1 and 2 for carrying out material tests, catalysts, chemical compounds, biotechnological biochemicals or samples Biological 4. Uso según la reivindicación 3 caracterizado porque los ensayos o experimentos químicos son ensayos en la fase gaseosa o bien de interacción entre superficie sólida y atmósfera gaseosa.4. Use according to claim 3 characterized in that the chemical tests or experiments are tests in the gas phase or interaction between solid surface and gas atmosphere.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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MARTÍN GAGO et al. "New simulation chamber for studying planetary environments" 36th Annual Lunar and Planetary Science Conference, 14 - 18 marzo, 2005, en League City, Texas, resumen no. 1625 [online] Marzo 2005 [recuperado el 05.03.2007] Recuperado en internet <URL: http://www.lpi.usra.edu/meetings/ lpsc2005/pdf/1625.pdf> en la base de datos Smithsonian/NASA ADS. Astronomy abstracts system. Bibliographic code 2005.LPIà.36. 1625M <URL: http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/bib\_query?2005LPI ...36.1625M> *
MARTÍN GAGO et al. "New simulation chamber for studying planetary environments" 36th Annual Lunar and Planetary Science Conference, 14 - 18 marzo, 2005, en League City, Texas, resumen no. 1625 [online] Marzo 2005 [recuperado el 05.03.2007] Recuperado en internet <URL: http://www.lpi.usra.edu/meetings/ lpsc2005/pdf/1625.pdf> en la base de datos Smithsonian/NASA ADS. Astronomy abstracts system. Bibliographic code 2005.LPIà.36. 1625M <URL: http://adsabs.harvard.edu/cgi-bin/bib_query?2005LPI. ...36.1625M> *

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