Parliamo di “Plasma”

di Giancarlo Maccarini

Alla fine del 19° secolo è stato identificato (oltre classici solido, liquido, gassoso) un misterioso “quarto stato della materia”. Per molto tempo rimase senza nome, solo una cinquantina di anni più tardi il Premio Nobel Irving Langmuir lo definì “plasma”, denominazione oggi a tutti nota. Per i fisici e i chimici non è nient’altro che “gas ionizzato”, costituito da una “zuppa” di elettroni e di nuclei atomici liberi e non più legati tra loro. A differenza dello stato aeriforme il plasma è un buon conduttore di elettricità e interagisce fortemente con i campi elettromagnetici, inoltre è stabile solo a temperature di alcune migliaia di gradi Kelvin. Sulla terra, in natura, è osservabile solo in circostanze molto particolari, quando una enorme quantità di energia si libera in pochissimo tempo come, per esempio, nei fulmini. Tuttavia è lo stato “normale” per la maggior parte dell’universo, infatti sono allo stato di plasma il sole e tutte le stelle! La caratteristica forse più importante è che possiede un’elevata energia specifica, immagazzinata sia nei campi elettromagnetici in esso presenti sia sotto forma di energia cinetica e/o termica delle particelle cariche che lo compongono. Non v’è dubbio che a parità di densità, i plasmi costituiscono il mezzo in grado di accumulare e scambiare la maggior quantità di energia in modo controllato. Questo aspetto ha reso possibile creare nuovi processi applicativi che hanno permesso di sostituire tecnologie preesistenti abbattendo costi e dimensioni delle apparecchiature generalmente con un minore impatto ambientale.Sicuramente, un secolo fa, nessuno si aspettava le sue attuali molteplici applicazioni. Nelle tecnologie avanzate in campo militare e aerospaziale alcune sfiorano la fantascienza (ma molto probabilmente non lo sono!). Come capacità di rendere oggetti invisibili ai RADAR o propulsori aerospaziali ”ionici”. Non dimentichiamo che nelle applicazioni energetiche lo stato del plasma è quello assunto dal materiale (idrogeno o elio) durante la fusione nucleare che a detta di tanti, se realizzata in modo stabile, risolverebbe tutti i problemi energetici. Viene anche utilizzato nella sterilizzazione di materiale medici e alimentari e nello smaltimento di rifiuti tossici (alle temperature di decine di migliaia di gradi tutto si neutralizza!). Infine ce lo troviamo davanti agli occhi (senza rendercene conto) tutte le volte che guardiamo un televisore al plasma! Ma veniamo alle applicazioni più vicine al nostro settore (nel presente numero della rivista vi sono alcuni articoli di approfondimento al riguardo). Grazie alle sue peculiarità, se riusciamo a far assumere lo stato di plasma a un materiale (non ci dilunghiamo come), ci troviamo ad avere a disposizione una enorme quantità di energia spendibile nel processo di lavorazione. Solitamente è impiegata per fondere il metallo ed effettuare operazioni di taglio oppure di saldatura. L’aspetto peculiare è la grande «quantità di lavoro» che si riesce a eseguire, per esempio si tagliano piatti dallo spessore di diverse centinaia di millimetri in tempi decisamente brevi. La qualità lascia un po’ a desiderare (come dice il proverbio «in fretta e bene raro avviene»!) anche se negli ultimi anni si sono fatti importanti passi avanti riuscendo a ottenere dei fianchi di taglio così “belli” che spesso non richiedono ulteriori lavorazioni, avvicinandosi così alla qualità del LASER. Per inciso è importante osservare che, al contrario, per quanto riguarda la tecnologia LASER si assiste a un tendenza diametralmente opposta: si è alla ricerca di sempre maggiori potenze per aumentare la capacità di “lavoro”, e avvicinarla così a quella del plasma. Le due tecnologie tendono quindi a sovrapporsi. Quale delle due prevarrà? Probabilmente nessuna in modo assoluto, credo che rimarranno sempre nicchie in cui dominerà l’una o l’altra tecnologia. Ma voi cari lettori cosa ne pensate?

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