esplosioni di plasma, chiamati getti di plasma, hanno numerosi usi che vanno dallo sviluppo di motori più efficienti, che un giorno potrebbe inviare navicelle spaziali su Marte, agli usi industriali come la spruzzatura di rivestimenti di nanomateriali su oggetti 3D.

I getti di plasma a scarica capillare sono quelli creati da una grande corrente che passa attraverso un gas a bassa densità in quella che viene chiamata una camera capillare. Il gas si ionizza e si trasforma in plasma, una miscela di elettroni e ioni carichi positivamente. Quando il plasma si espande nella camera capillare a causa del riscaldamento dell'energia dell'arco, il plasma viene espulso dall'ugello capillare formando il getto di plasma.

Questa settimana in Rassegna di strumenti scientifici , un nuovo studio esamina come le dimensioni del capillare che produce il plasma influenzino la lunghezza del getto. I ricercatori della Huazhong University of Science and Technology hanno scoperto che potevano ottenere il getto di plasma più lungo alterando le dimensioni per massimizzare la densità di energia all'interno della camera capillare.

"I risultati sperimentali mostrano che la lunghezza massima del getto di plasma può essere ottenuta regolando i fattori geometrici, " ha detto Jiaming Xiong, dalla Huazhong University of Science and Technology e uno degli autori. "I getti di plasma capillare hanno una vasta gamma di applicazioni e la lunghezza del getto di plasma è un parametro caratteristico importante."

Precedenti studi in questo settore si sono concentrati sulla formazione del getto di plasma e simulazioni numeriche del plasma a scarica capillare, ma pochi ricercatori hanno osservato come la struttura del capillare influenzi le dimensioni del getto di plasma.

Xiong e il gruppo di ricercatori hanno installato il loro getto di plasma capillare a pressione atmosferica normale con una fotocamera per fotografare la lunghezza del getto di plasma. Il sistema capillare è costituito da un elettrodo a spillo per il lato catodico caricato negativamente del dispositivo di alimentazione di corrente, e un elettrodo a piastra per l'anodo caricato positivamente. Una parete isolante circonda il catodo, creando una camera in cui il gas si ionizza quando applicano un impulso di innesco.

Il plasma espulso attraverso un ugello a forma di cono all'interno dell'anodo della camera capillare. Variando la lunghezza della camera capillare, il diametro del catodo e la lunghezza della punta del catodo, i ricercatori hanno determinato le migliori proporzioni per generare il getto più lungo.

Lo studio suggerisce che le dimensioni che offrono la maggiore densità di energia all'interno della camera produrranno il getto di plasma più lungo. All'aumentare della lunghezza del capillare, aumenta anche l'energia depositata nel canale dell'arco, ma solo fino a un certo punto. Così, esiste una lunghezza della camera ottimale per massimizzare la densità di energia nella camera capillare.

Inoltre, hanno dimostrato che aumentando il diametro del catodo e la lunghezza della punta del catodo si accorcia il getto di plasma, perché questi cambiamenti riducono l'energia depositata nel canale dell'arco. Nel loro prossimo studio, i ricercatori utilizzeranno combinazioni di diversi circuiti di scarica a impulsi ed energie di scarica per vedere come questi fattori influiscono sulla lunghezza del getto di plasma.