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Cos' il plasma e come viene impiegato in campo tecnologico

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Cos' il plasma e come viene impiegato in campo tecnologico FASTWEB S.p.A.
Lampada al plasma
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La maggior parte della materia dell'Universo si presenta sotto questa forma, ma sulla Terra non presente o quasi

Parola di origine greca (πλάσμα) significante tutto ciò che ha forma, il plasma è uno dei quattro stati fondamentali della materia (gli altri sono il solido, il liquido e il gassoso).

Cos'è il plasma

Un gas si trasforma in plasma quando le sue particelle, stimolate elettricamente da una fonte esterna, si ionizzano e assumono una carica elettrica. Ciò vuol dire che le molecole o gli atomi di un gas conterranno al proprio interno un numero maggiore di elettroni rispetto al numero di ioni positivi o viceversa.

Il plasma può formarsi sia per vie naturali – come accade, ad esempio, sulla superficie del sole – sia per vie artificiali. La ionizzazione, infatti, può essere indotta utilizzando un generatore di luce laser o un generatore di microonde: in questo caso le molecole di gas vengono investite da un campo elettromagnetico particolarmente potente e si assiste alla dissoluzione di legami molecolari.

 

Il Sole, immenso accumulo di plasma

 

Date queste sue caratteristiche, il plasma ha un'alta conduttività elettrica ed è portato a rispondere ed interagire con campi elettromagnetici presenti nelle sue vicinanze. A differenza di quanto si possa pensare, la maggior parte della materia nell'Universo è sotto forma di plasma. Lo sono, ad esempio, tutte le stelle – compreso il nostro Sole – e la gran parte dello spazio interstellare è ripieno di plasma. I buchi neri, anche se non visibili, si “nutrono” e accrescono la propria massa risucchiando particelle cariche elettricamente (come ad esempio quelle ionizzate del plasma).

Applicazioni tecnologiche del plasma

Essendo riproducibile per mezzo di alcune reazioni chimico-fisiche, il plasma trova applicazione in diversi campi della tecnologia. Molti, ad esempio, avranno sentito parlare per la prima volta di plasma in relazione con alcuni modelli di televisori particolarmente in voga tra i 5 e i 10 anni fa (prima della diffusione di massa dei pannelli LCD). La tecnologia televisiva, però, non è l'unica ad aver sfruttato le caratteristiche fisiche e chimiche di questo stato della materia.

TV al plasma

Come detto, l'applicazione tecnologica del plasma più conosciuta è in relazione alla tecnologia televisiva. I pannelli al plasma – monocromatici – vennero inventati nella prima metà degli anni '60 in una delle sedi dell'Università dell'Illinois, ma i TV al plasma – a colori – arrivarono sul mercato solamente 30 anni dopo.

 

Come funziona un TV al plasma

 

Uno schermo al plasma è solitamente composto da milioni di piccole celle (i pixel) racchiuse tra due pannelli di vetro e contenenti un gas nobile e una piccolissima frazione di gas di Mercurio. Tramite stimolazione elettrica, il gas nobile e il Mercurio finiscono con l'interagire e rilasciano alcuni fotoni ultravioletti. Questi fotoni finiscono con il colpire uno strato di fosforo posto sulle pareti della cella, causando una reazione che provoca l'emissione di un elettrone con un livello energetico inferiore a quello della luce ultravioletta. Per un brevissimo periodo di tempo si ottiene un fascio luminoso visibile, che assume diverse tonalità di colore a seconda del fosforo utilizzato. Ogni cella (o pixel) è composta da tre micro-comparti, ognuno dei quali racchiuso da una diversa tipologia di fosforo: ciò permette di produrre fasci di luce di altrettanti colori.

Fusione atomica

Gran parte delle conoscenze possedute sulle proprietà del plasma e sui suoi utilizzi si hanno grazie agli studi effettuati sulla cosiddetta fusione atomica. Questa tecnica, ancora in fase di studio e sperimentazione, si distingue dalla fissione atomica poiché l'energia viene prodotta dalla fusione di due atomi leggeri (per formarne uno più pesante) e non dal decadimento – fissione – di un atomo pesante in due atomi più leggeri. In queste prime fasi di sperimentazione, il plasma – sotto forma di atomi di gas ionizzati – ha trovato ampio utilizzo.

In una reazione di fusione, l'unione dei due atomi produce una grande quantità di energia – dovuta alla formazione di nuovi legami atomici e molecolari – che si manifesta sotto forma di calore. Questo calore potrebbe quindi essere utilizzato – come accade nelle centrali nucleari odierne – per scaldare acqua e produrre energia. A differenza dell'energia prodotta dalla fissione atomica, però, la fusione non dovrebbe portare alla formazione di scorie radioattive.

Luci al neon

Le insegne al neon sono realizzate utilizzando sottili tubi in vetro elettrificati e ripieni di gas neon rarefatto o altre tipologie di gas. Il primo esemplare di luce al neon venne mostrato nel 1910 da Georges Claude al Paris Motor Show. Anche se sono diffuse in tutto il mondo, questa tipologia di luminarie conobbe il suo picco di fama a cavallo tra gli anni '20 e gli anni '60 negli Stati Uniti (basti pensare all'utilizzo smodato che se ne fece a Times Square a New York).

 

Luci al neon

 

Per ottenere gli effetti luminosi tipici di un'insegna al neon, il gas contenuto nel tubo viene stimolato elettricamente da alcuni diodi posti alle estremità del tubo stesso. In questo modo il gas si ionizza e si trasforma in plasma, assumendo le colorazioni tipiche di queste luminarie.

Lampada al plasma

Le lampade al plasma – chiamate a volte anche palla di plasma o globi di plasma – conobbero il loro picco di fama nella seconda metà degli anni '80 del secolo scorso, ma la loro invenzione risale a molti decenni prima. Fu, infatti, lo scienziato statunitense Nikla Tesla a teorizzarne e sperimentarne il funzionamento nel corso dei suoi studi sull'elettricità ad alto voltaggio.

 

 

Una lampada al plasma è solitamente composta da una sfera di vetro trasparente che contiene una mistura di gas nobili. Al centro della sfera è presente un elettrodo al alto voltaggio, in grado di creare campi elettromagnetici potenti a sufficienza da eccitare elettricamente le molecole di gas. In questo modo si vengono a creare dei filamenti di plasma che si estendono dalla punta dell'elettrodo sino alla superficie interna della sfera. Ne scaturisce un effetto visivo impressionante: i filamenti di plasma assumono la forma di mini-fulmini e l'interno della sfera sembra trasformarsi in un ciclone equatoriale.

 

22 dicembre 2013

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