La Stampa - Consultazione Archivio

Il concetto moderno di «plasmo» come quarto stato della materia Il concetto moderno di «plasmo» come quarto stato della materia Accanto ai tradizionali stati solido, liquido e gassoso, il plasma è la sostanza incandescente, il fuoco, gli atomi privati dei loro elettroni, ionizzati, animati da alte energie Nel « Cortese dialogo fra un Energumeno e un Filosofo » di Voltaire, alla domanda dell'Energumeno: «Che cos'è la materia?» il Filosofo risponde: « Ne so poco. La credo estesa, solida, .resistente, gravitante, divisibile, mobile; Dio può averle dato altre mille qualità che io non so ». Circa un secolo più tardi, Du Bois-Reymond si poneva la stessa domanda, e rispondeva drasticamente: * Ignoramus atque ignorabimus ». Più prudentemente, la scienza moderna evita di porsi questa domanda, e concentra i suoi sforzi nell'indagine delle proprietà della materia e delle correlazioni che intercorrono tra esse. Tra le prime nozioni di fisica che vengono impartite a scuola, ci sono quelle relative ai tre diversi stati della materia: solido, liquido e gassoso. Le proprietà di questi stati vengono definite, elementarmente, sulla base dell'esperienza quotidiana. Nello stato solido, la materia « resiste » a tutto ciò che opera per modificarne la forma o il volume, mostrando con ciò la tendenza a conservare l'una e l'altro. Nello stato liquido, la materia conserva sempre lo stesso volume ma non ha una forma propria, assumendo quella del recipiente che la contiene. Lo stato gassoso infine è caratterizzato dalla capacità della materia in questo stato di assumere forma e, entro certi limiti, volume qualunque. Queste definizioni sono oggi accettate come del tutto elementari: eppure è stata necessaria una lunga evoluzione del pensiero per arrivare a questo. Frequentemente, nel passato, è stato attribuito un significato magico a questi tre stati della materia, considerandoli non come differenti aspetti di una stessa entità, ma come « elementi » fondamentali del mondo fisico: la terra, l'aria e l'acqua! A questi tre « elementi » l'Alchimia, violando la regola del « tre perfetto », ne aggiunse un altro: il fuoco. Questa corrispondenza tra il concetto di « elemento » degli alchimisti e di « stato » della materia dei fisici d'oggi, ci sembra una di quelle intuizioni che spesso sono state rilevate dalla Scienza moderna nei miti e nelle formulazioni magiche del passato. In tempi recenti infatti la Fisica ha definito, accanto a quelli ricordati, un quarto stato della materia: il plasma. Questo stato non si presta ad una definizione elementare come i precedenti, in quanto solo in epoca recente esso è entrato a far parte del mondo della nostra esperienza (ad esempio, in forma di tubi luminescenti, i « tubi al neon »). Molto brevemente, si può dire che un plasma è formato da un miscuglio di atomi ionizzati ed elettroni, In proporzioni tali da fornire un gas globalmente neutro. Nei tre stati ordinari della materia, gli atomi che la compongono sono elettricamente neutri ; il nucleo di ciascun atomo infatti, portatore di cariche positive, è circondato da tanti elettroni, cioè parti celle con carica negativa, quanti sono necessari a neutralizzare completamente le cariche positive del nucleo. Se ai ionizza un atomo, cioè se si strappano alcuni degli elettroni che lo circondano, l'atomo residuo risulta carico positivamente. Si può ionizzare un gas racchiudendolo in un recipiente, entro il quale si fanno avvenire delle scariche elettriche; in questo caso gli elettroni strappati dai vari atomi rimangono racchiusi uel recipiente stesso, così che il gas continuerà ad essere globalmente neutro, pur essendo formato da particelle singolarmente cariche (gli atomi ionizzati e gli elettroni). Lo studio dei plasmi costi¬ tuisce oggi una delle branche più affascinanti della Fisica; e, come avviene per gli altri rami della ricerca fondamentale, esso ha aperto nuove vie al progresso tecnologico. Recentemente è stata data la notizia (vedi Cronache della Scienza, 29 aprile '66) che un gruppo di ricercatori dei Laboratori del Cnen a Frascati ha realizzato un « convertitore magneto-plasma-dinamico » che, su scala sperimentale, può fornire utili elementi per la conversione diretta dell'energia termica in energia elettrica. La soluzione di questo problema è di enorme importanza. Attualmente infatti tale conversione avviene tramite apparecchiature meccaniche come turbine, alternatori, ecc. ; che comportano un notevole spreco; nel migliore dei casi il 40 9ó dell'energia termica viene trasformata in energia elettrica, mentre il restante va perduto. L'uso dei plasmi permette invece (per ora solo in linea teorica) un rendimento sensibilmente più elevato. Senza entrare nei dettagli (la teoria di questi fenomeni è estremamente complessa) ci limitiamo a richiamare in breve lo schema di funzionamento di un generatore a plasma del tipo magneto-idro-dinamico a ciclo chiuso. Un miscuglio gassoso, ad esempio elio miscelato con dei vapori di cesio, viene riscaldato ad altissima temperatura (2.500 gradi) per mezzo di un reattore nucleare e, trasformato in un plasma, viene iniettato e fatto espandere in una speciale « caldaia », entro la quale esiste un campo magnetico molto intenso. Nella « caldaia » esistono degli elettrodi situati parallelamente alla direzione del campo magnetico, nei quali si genera direttamente una differenza di potenziale, utilizzabile come sorgente di forza elettromotrice in un circuito esterno. Il plasma di scarico viene recuperato attraverso circuiti secondari e reiniettato nel reattore nucleare. prof. Valerio Benzi Centro del Cnen — Bologna