Il quarto stato della materia: il plasma

IL QUARTO STATO DELLA MATERIA: IL PLASMA

L'esperienza quotidiana ci porta ad avere familiarità con i tre stati fondamentali della materia: solido, liquido e aeriforme. In realtà, esiste "un quarto stato", il plasma. Esso è costituito da un insieme di particelle con cariche elettriche positive (ioni) e negative (elettroni). Il plasma non è uno stato eccezionale, poiché costituisce il 99% dell'Universo, come conseguenza dell'elevata temperatura esistente nei corpi celesti, che porta alla ionizzazione degli atomi. La formazione di questo stato della materia è possibile solo se il materiale di partenza è sotto forma gassosa e viene portato a temperature comprese tra 3000°C e 20 000°C. Il plasma si trova all'interno del Sole, nei gas interstellari, nei nuclei delle galassie.

Nell'esperienza comune, si genera il plasma quando si fornisce energia ad un gas fino a che questo diventa fluorescente: è quanto si verifica nelle lampade al neon; anche l'arco elettrico, i lampi ed i veicoli spaziali, quando rientrano nell'atmosfera generano questo particolare stato della materia.

Le ricerche sulla fusione nucleare hanno sviluppato gli studi sul plasma. Infatti, perché una reazione di fusione nucleare tra atomi di deuterio (isotopo dell'idrogeno) possa avvenire, è necessario che la temperatura raggiunga valori molto elevati, dell'ordine di centinaia di milioni di gradi (= 100 milioni di K). Poiché non esistono materiali capaci di resistere a tali temperature, si porta il gas allo stato di plasma; questo, essendo costituito da cariche elettriche dotate di gran mobilità, può, ad esempio, interagire con il campo magnetico di un reattore nucleare, che lo obbliga a compiere un cammino circolare. Questo fenomeno è possibile in quanto i reattori a fusione nucleare sono formati da bobine in cui circola corrente, e quindi riescono a creare nel loro interno un campo magnetico uniforme. La funzione di quest'ultimo è quella di impedire al plasma di toccare le pareti del reattore, cioè di contenerlo entro una forma prestabilita. Questo tipo di tecnica, detta di confinamento magnetico del plasma, è il principio secondo il quale si basa la maggior parte dei reattori a fusione.

L'interesse per il quarto stato della materia non è, quindi, solamente scientifico, ma anche di carattere tecnologico. Infatti, è tramite l'utilizzo di reattori a fusione che si potrebbe produrre energia a basso costo. Con questo tipo di procedimento, si cerca di riprodurre le stesse reazioni che avvengono nel Sole e di ottenere, quindi, fonti di energia facilmente rinnovabili, a scarso rischio d'impatto ambientale ed in notevole quantità.