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Jul 15, 2023

I raggi al plasma potrebbero raffreddare gli oggetti in un lampo

I ricercatori hanno sviluppato un "raggio congelante" che si basa su peculiarità termodinamiche per raffreddare i suoi obiettivi. Di Andrea Paolo | Pubblicato il 3 agosto 2023 12:00 EDT L'aria della Terra è spesso un ambiente decente e conveniente

I ricercatori hanno sviluppato un "raggio congelante" che si basa su peculiarità termodinamiche per raffreddare i suoi obiettivi.

Di Andrea Paolo | Pubblicato il 3 agosto 2023 12:00 EDT

L’aria terrestre è spesso un refrigerante decente e conveniente per i sistemi elettronici degli aerei militari, mentre le acque oceaniche funzionano in modo simile per le navi militari. Ma nessuna delle due fonti è esattamente disponibile man mano che ci si allontana dalla superficie del pianeta, ad esempio dall'atmosfera superiore e dallo spazio esterno. Lì è molto più difficile mantenere i componenti elettronici a temperature sicure, dato che il liquido di raffreddamento è pesante e occupa spazio prezioso a bordo. Secondo le nuove scoperte recentemente pubblicate su ACS Nano, un potenziale aiuto potrebbe essere trovato sfruttando il plasma, ironicamente la stessa materia che compone le stelle e i fulmini.

I ricercatori del laboratorio ExSITE (Experiments and Simulations in Thermal Engineering) dell'Università della Virginia hanno scoperto un modo estremamente promettente e mai realizzato per raffreddare rapidamente le superfici: i raggi "congelanti" del plasma.

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Usare il plasma a temperature più basse può sembrare controintuitivo—dopo tutto, il plasma può facilmente riscaldarsi fino a 45.000 gradi Fahrenheit e oltre—ma secondo l'ingegnere meccanico e aerospaziale Patrick Hopkins, sparare un getto focalizzato del quarto stato della materia può offrire risultati termodinamici incredibilmente interessanti.

"Ciò in cui sono specializzato è eseguire misurazioni della temperatura molto, molto veloci e molto, molto piccole", ha recentemente spiegato Hopkins. "Così, quando abbiamo acceso il plasma, abbiamo potuto misurare la temperatura immediatamente nel punto in cui il plasma ha colpito, quindi abbiamo potuto vedere come è cambiata la superficie."

Nei loro esperimenti, il team di Hopkin ha sparato un getto viola di plasma generato dall'elio attraverso un sottile ago rivestito di ceramica su un bersaglio placcato in oro. Hanno quindi misurato gli effetti sulla superficie del bersaglio utilizzando strumenti microscopici specializzati e personalizzati, solo per registrare risultati incredibili.

"Abbiamo visto la superficie prima raffreddarsi, poi si sarebbe riscaldata", ha detto Hopkins.

Dopo ripetuti test e osservazioni del fenomeno, il team ha stabilito che il raggio al plasma deve prima colpire uno strato microsottile di molecole di carbonio e acqua, che fa evaporare rapidamente il rivestimento, proprio come accade quando ci si asciuga all'aria dopo essere usciti da una piscina in l'estate. O, più semplicemente, Hopkins sta facendo sudare i materiali.

“L'evaporazione delle molecole d'acqua nel corpo richiede energia; prende energia dal corpo, ed è per questo che senti freddo", ha detto Hopkins. "In questo caso, il plasma strappa via le [molecole] assorbite, l'energia viene rilasciata ed è questo che si raffredda."

I ricercatori hanno misurato una diminuzione della temperatura di pochi gradi per pochi microsecondi: forse insignificante su scala umana, ma tale differenza potrebbe essere estremamente utile in strumenti e dispositivi elettronici delicati e altamente avanzati. Andando avanti, il team di Hopkins sta sperimentando sia vari gas plasma, sia il loro impatto su diversi materiali come rame e semiconduttori. Alla fine, i ricercatori immaginano un momento in cui gli attacchi del braccio robotico potranno individuare i punti caldi nei dispositivi da raffreddare tramite minuscoli colpi di plasma da un elettrodo.

“Questo getto di plasma è come un raggio laser; è come un fulmine”, ha detto Hopkins. "Può essere estremamente localizzato."

Andrew Paul è lo scrittore dello staff di Popular Science che si occupa di notizie tecnologiche. In precedenza, ha collaborato regolarmente con The AV Club e Input, e ha avuto lavori recenti presentati anche da Rolling Stone, Fangoria, GQ, Slate, NBC e Internet Tendency di McSweeney. Vive fuori Indianapolis.