Uno studio dei ricercatori KAIST ha rivelato che un getto di gas ionizzato che soffia sull'acqua, noto anche come "getto di plasma, " produce un'interazione più stabile con la superficie dell'acqua rispetto a un getto di gas neutro. Questo risultato riportato nel numero del 1 aprile di Natura contribuirà a migliorare la comprensione scientifica delle interazioni plasma-liquido e delle loro applicazioni pratiche in un'ampia gamma di settori industriali in cui viene utilizzata la tecnologia di controllo dei fluidi, compresa l'ingegneria biomedica, produzione chimica, e l'agricoltura e l'ingegneria alimentare.

I getti di gas possono creare depressioni simili a fossette nelle superfici liquide, e questo fenomeno è familiare a chiunque abbia visto la cavità prodotta dal soffiare aria attraverso una cannuccia direttamente sopra una tazza di succo. All'aumentare della velocità del getto di gas, la cavità diventa instabile e inizia a gorgogliare e schizzare.

"Comprendere le proprietà fisiche delle interazioni tra gas e liquidi è fondamentale per molti processi naturali e industriali, come il vento che soffia sulla superficie dell'oceano, o metodi di produzione dell'acciaio che comportano il soffiaggio di ossigeno sopra il ferro fuso, " ha spiegato il professor Wonho Choe, un fisico del KAIST e il corrispondente autore dello studio.

Però, nonostante la sua importanza scientifica e pratica, poco si sa su come le cavità dei liquidi soffiati dal gas si deformano e si destabilizzano.

In questo studio, un gruppo di fisici KAIST guidati dal professor Choe e dai collaboratori del team dell'Università nazionale di Chonbuk in Corea e dell'Istituto Jožef Stefan in Slovenia ha studiato cosa succede quando un getto di gas ionizzato, noto anche come "getto di plasma, " viene soffiato sull'acqua. Un getto di plasma viene creato applicando alta tensione a un ugello mentre il gas scorre attraverso di esso, che fa sì che il gas sia debolmente ionizzato e acquisisca particelle cariche che si muovono liberamente.

Il team di ricerca ha utilizzato una tecnica ottica combinata con l'imaging ad alta velocità per osservare i profili delle cavità della superficie dell'acqua creati sia da getti di gas elio neutro che da getti di gas elio debolmente ionizzato. Hanno anche sviluppato un modello computazionale per spiegare matematicamente i meccanismi alla base della loro scoperta sperimentale.

I ricercatori hanno dimostrato per la prima volta che un getto di gas ionizzato ha un effetto stabilizzante sulla superficie dell'acqua. Hanno scoperto che determinate forze esercitate dal getto di plasma rendono la cavità superficiale dell'acqua più stabile, il che significa che c'è meno gorgogliamento e spruzzi rispetto alla cavità creata da un getto di gas neutro.

Nello specifico, lo studio ha mostrato che il getto di plasma è costituito da onde pulsate di ionizzazione di gas che si propagano lungo la superficie dell'acqua, i cosiddetti "proiettili di plasma" che esercitano più forza di un getto di gas neutro, rendendo la cavità più profonda senza destabilizzarsi.

"Questa è la prima volta che questo fenomeno è stato segnalato, e il nostro gruppo considera questo come un passo avanti fondamentale nella nostra comprensione di come i getti di plasma interagiscono con le superfici liquide. Abbiamo poi in programma di espandere questa scoperta attraverso più casi di studio che coinvolgono diverse caratteristiche del plasma e del liquido, ", ha detto il professor Choe.