Plasmi spiegati

Noi viviamo felicemente nella bassa atmosfera gassosa della Terra, composta da una miscela di gas – principalmente azoto e ossigeno. Tuttavia, se ci spostiamo verso l’alto dalla superficie terrestre, l’ambiente cambia e non corrisponde più a questa descrizione. A circa 80 km sopra la superficie terrestre, l’atmosfera non è più composta da gas. Invece, è fatta di gas ionizzato, che consiste in una miscela equilibrata di elettroni, ioni positivi e particelle neutre. Questo stato è chiamato plasma. Comunemente conosciuto come il “quarto stato della materia”, secondo l’opinione di molti astrofisici, è il “primo” stato in assoluto, poiché è stato il primo a formarsi subito dopo il Big Bang.

Per fare il plasma, è necessaria energia per togliere gli elettroni dagli atomi. L’energia può essere di varie forme – calore, elettrica o luce (luce ultravioletta o luce visibile intensa di un laser). Se la potenza di sostegno è insufficiente, i plasmi si ricombinano in gas neutro.

Più lontano nello spazio, tutti i gas sono ionizzati, ed è la radiazione elettromagnetica altamente energetica del Sole, essa stessa fatta di plasma, che è responsabile di questo processo di ionizzazione. Lo spazio è quindi dominato dal plasma. Infatti, il 99% della materia nell’universo conosciuto è plasma.

Forme di plasma

I plasmi si trovano in natura ma possono anche essere prodotti artificialmente. I plasmi naturali possono essere terrestri (terrestri) o spaziali (astrofisici). I plasmi artificiali sono stati sviluppati per soddisfare le esigenze di una vasta gamma di industrie di fabbricazione, produzione e rivestimenti specializzati.

Esempi di tre forme di plasma

Proprietà del plasma

Il plasma è lo stato di massima energia della materia. Consiste in un insieme di elettroni in movimento libero, ioni positivi e particelle neutre. Sebbene sia strettamente legato alla fase gassosa in quanto non ha una forma o un volume definiti, differisce in diversi modi:

• Il plasma ha una conducibilità elettrica molto alta.
• Il plasma è più facilmente influenzato da campi elettrici e magnetici che dalla gravità
• Il movimento di elettroni e ioni nel plasma produce i propri campi elettrici e magnetici.
• A causa dello stato totalmente caotico e altamente energetico delle particelle costituenti il plasma, esso produce la propria radiazione elettromagnetica.

Per produrre e mantenere lo stato altamente energetico che esiste nel plasma, ci deve essere una fornitura continua di energia.

Plasma artificiale – caldo e freddo

Il plasma caldo o termico è prodotto in archi atmosferici, scintille e fiamme. Il plasma altamente ionizzato è composto da un gran numero di elettroni e ioni positivi, e la temperatura di entrambi è estremamente alta. A seconda della loro potenza, le torce per il taglio al plasma operano a temperature molto alte, tra i 5000 e i 10 000°C.

Il plasma freddo o non termico è meno ionizzato, e sebbene gli elettroni siano ad alta temperatura, gli ioni positivi e le particelle neutre sono a una temperatura inferiore. Quando si accende un tubo di illuminazione fluorescente, il plasma freddo (a temperatura ambiente) si stabilisce all’interno del tubo.

Usi del plasma artificiale

Gli usi del plasma termico spaziano in una serie di industrie tra cui l’illuminazione, i rivestimenti e la fabbricazione e purificazione dei metalli. Esempi di questi includono:

• le luci ad arco ad alogenuri metallici usate nei proiettori
• i processi di rivestimento al plasma che permettono di depositare rivestimenti resistenti all’usura e al calore su superfici selezionate
• l’uso di archi elettrici per il taglio e la saldatura dei metalli.

Quando gli scienziati sono arrivati a comprendere meglio la struttura e le proprietà del plasma, nuove tecnologie si sono evolute portando a una rapida espansione degli usi del plasma freddo o non termico. Per esempio, nella fabbricazione di componenti hardware per computer, processi come la deposizione di vapore chimico al plasma e l’incisione sono usati per fabbricare circuiti integrati. La lavorazione al plasma di questo tipo è stata determinante per la progettazione e la fabbricazione di computer e telefoni cellulari potenti e compatti che sono di uso comune.

Altri esempi di usi del plasma freddo includono:

• illuminazione di tubi fluorescenti
• Tv al plasma
• controllo ambientale – abbattimento delle emissioni di gas inquinanti
• giochi con palle al plasma.

Funzionamento della tv al plasma

Lo schermo piatto consiste di due pannelli di vetro trasparente che incastrano un sottile strato di pixel. Ogni pixel è composto da tre celle piene di gas. Il gas è una miscela di neon e xeno. Ogni cella è dipinta all’interno con un fosforo che, se stimolato, emette luce visibile rossa, verde o blu. Una griglia di piccoli elettrodi permette di fornire corrente elettrica ad ogni cella del pixel. Quando la corrente scorre, il gas nella cella si ionizza fino a raggiungere lo stato di plasma, e come risultato di ciò, viene emessa luce UV. Il fosforo che riveste le pareti della cella assorbe questa luce UV e viene stimolato a emettere luce visibile, rossa, verde o blu.

Quanti pixel ha uno schermo al plasma dipende dalla risoluzione dello schermo. Uno schermo al plasma con risoluzione 1280 x 720 ha 1280 x 720 = 921.600 pixel. Ogni pixel ha tre celle, quindi il plasma con risoluzione 1280 x 720 ha 3 x 921.600 = 2.764.800 celle individuali.

Facendo variare gli impulsi di corrente che scorrono attraverso le diverse celle, il sistema di controllo può aumentare o diminuire l’intensità del colore di ogni cella per creare centinaia di combinazioni diverse di rosso, verde e blu. In questo modo, il sistema di controllo può produrre colori attraverso l’intero spettro.