Che cos’è il plasma?
Il plasma è uno stato della materia insieme a solidi, liquidi e gas. Consiste in un gas parzialmente ionizzato, contenente ioni, elettroni e atomi neutri.
Quindi cosa significa?
In un plasma, alcuni elettroni sono liberati dai loro atomi, permettendo alla corrente e all’elettricità di fluire. Infatti, uno dei pochi plasmi che si trovano naturalmente qui sulla Terra è il fulmine!
Puoi pensare ad altri plasmi?
- Le lampadine fluorescenti contengono plasma di mercurio.
- Le stelle, come il sole, sono palle calde di plasma.
- L’Aurora Boreale e l’Aurora Australis
- I reattori a fusione, come NSTX-U, usano il plasma per fondere gli atomi e produrre energia.
- I display al plasma usano piccole celle di plasma per illuminare le immagini.
Cos’è la fusione?
Atomi leggeri come l’idrogeno (un protone e un neutrone) possono fondersi così strettamente da rilasciare energia. Questo accadrà solo se i due nuclei caricati positivamente si avvicinano abbastanza da superare la forza elettrica che li spinge a distanza. Quando i nuclei si avvicinano abbastanza, la forza che lega insieme protoni e neutroni, la forza forte, prende il sopravvento e tira i nuclei ancora più vicini.
Il nucleo del sole è un reattore di fusione naturale. Prima che il sole si formasse, era una nuvola di gas composta principalmente da idrogeno e un po’ di elio. Ad un certo punto, la nube è diventata così massiccia che la gravità l’ha fatta collassare su se stessa e ha formato una stella. Numerose collisioni nel nucleo del sole liberarono gli elettroni dagli ioni, formando uno stato di plasma. La fusione iniziò nel sole quando le collisioni tra gli ioni divennero così frequenti che gli ioni divennero abbastanza vicini da fondersi insieme.
Il sole usa la gravità per avvicinare i suoi nuclei e renderli abbastanza caldi da avviare la fusione. Sulla Terra, i ricercatori stanno cercando di costruire reattori di fusione per conto loro. Cercano di avvicinare abbastanza gli atomi massimizzando il numero di ioni in una piccola regione e la quantità di tempo in cui rimangono vicini. Per fare questo, i reattori vengono riscaldati a temperature molto più calde del nucleo del sole (>100, 000, 000 °C) che converte il gas idrogeno in un plasma di idrogeno. Forti campi magnetici o laser ad alta potenza confinano poi il plasma in una piccola regione controllabile dove può avvenire la fusione.
I reattori a fusione tipo Tokamak, come il NSTX-U, pompano la maggior parte dell’energia estratta in neutroni veloci. L’energia di questi neutroni può essere raccolta in una coperta che circonda il plasma e può consistere in una miscela fusa di litio e piombo. Il calore in eccesso in questa coperta può poi essere usato per fare vapore per azionare le turbine e generare elettricità.