Applicazioni industriali e/o militari dei plasmi

[Ospite]

Ciao a tutti,

come detto spostiamo qui l'ot che si stava andando a creare nel 3d "i plasmi".
Ritengo sia interessante vedere come la fisica dei plasmi sta creando grosse applicazioni in industria e nell'esercito.
è fondamentale dare una definizione di plasma come GAS IONIZZATO.
Tra le applicazioni militari sopra citate abbiamo quella di poter creare schermi ionici intorno a mezzi ( apparecchi, navi etc. ) che permettano di rendere questi completamete "invisibili" ai radar.Ciò è possibile ionizzando l'aria circostante, sembra che i russi siano all'avanguardia in questo settore.
Passiamo poi ai cosidetti motori ionici.Motori che seguono sempre il principio azione/reazione sfruttando la spinta di gas e/o METALLI LIQUIDI ionizzati.
Sicuramente i motori ionici hanno grandissime applicazioni in campo aereospaziale come può chiaramente verificare chi abbia il tempo e la voglia di gironzolare qui.

A voi

[brunovr]

ciao!
complimenti x il nuovo tread!

questo è il neutralizzatore di un motore a ioni, ooprtunamente modificato sarà la mia cella!

[Ospite]

Ok , breve elenco delle applicazioni attinenti al tread, per quel che ne so...queste sonole applicazioni di interesse.

Militari:
Produzione di Energia (generatori indipendenti e miniaturizzati).
Propulsione (per sistemi spaziali).
Miglioramento propulsori convenzionali (combustione nei propulsori grazie a torce al plasma).
Alterazioni locali delle onde EM (Stealth?).
Controllo flussi fluidodinamici su superfici fisse(Miglioramento aerodinamica).
Generazione campi magnetici intensi e localizzati.
Generazione di forti campi EM. (Disturbo? Bombe EM?)

Industriali:

Taglio e saldatura.
Produzione di materiali.
Alterazione di superficie dei materiali.
Produzione di semiconduttori.
Generatori di ioni.
Lavorazione polimeri.
Miglioramento caratteristiche dei materiali.

Saluti

[mariomaggi]

Tra le applicazioni industriali aggiungerei il trattamento di rifiuti tossico/nocivi per trasformarli in altri materiali inerti. Vengono usate le cosiddette "torce al plasma", che sono state usate talvolta a sproposito per trattare la normale immondizia, creando confusione nell'opinione pubblica e sprechi.

Tra "alterazione della superficie di materiali" evidenzio anche i tessuti, alcuni possono essere trattati al plasma per tempi brevissimi per ottenere certi risultati estetici.

Ciao
Mario

[Ospite]

Produzione di Energia (generatori indipendenti e miniaturizzati).

L'uso del plasma in questo settore è legato alla fusione di nuclei leggeri per formare nuclei pesanti ed energia. Abbiamo due diverse categorie di reattori a fusione, quelli 'caldi' e quelli 'freddi'.
I reattori 'caldi' sono reattori che sfruttano l'alta temperatura per far collidere e mantenere il plasma nel suo stato, causando quindi la fusione di nuclei. Il plasma, tenuto a temperature elevatissime, viene contenuto da un sistema basato su superconduttori in grado di creare una bottiglia magnetica. Non solo, il campo serve anche per rimescolare e mantenere in movimento il plasma. Strumenti di scattering vengono usati per monitorare lo stato del plasma (densità e temperatura in particolare).
La fusione 'fredda' invece avviene a temperature molto inferiori (sui 5000K, ma puo' variare molto) e per la fusione dei nuclei sfrutta il principio della 'vicinanza'. In pratica i nuclei (idrogeno ionizzato ed isotopi, di solito) vengono costretti a star molto vicini e fatti collidere. Abbiamo diversi esempi di sistemi di questo genere, che spaziano dalla cella Mizuno a quella Iorio-Cirillo, fino al reattore Fusor (a confinamento elettrostatico). Tutti questi sistemi sono al momento in fase di studio. La fusione 'fredda' ha una serie di vantaggi che la rendono ideale per applicazioni 'miniaturazzite' e mobili,infatti:

Non usa superconduttori
Ha dimensioni che partono da pochi dm^3
Usa materiali facilmente reperibili
E' facilmente controllabile

D'altra parte ha anche una serie di svantaggi, a seconda della tecnologia usata. Diversi centri svolgono ricerche in questo senso.



La figura mostra a sinistra una parte del brvetto del fusor, a destra la cella a catodo di palladio.
Il fusor, inventato negli anni 60, trovò applicazioni slo come sorgente di neutroni. Sfrutta infatti deuterio gassificato. Un campo elettrostatico fa collidere gli atomi di deuterio al centro del fusor, dando il via ad una reazione di fusione con emissione di neutroni. Il fusor lavora a tensioni che vanno da 10000 V fino a 100000V ed oltre. Oltre i 30000 V i neutroni prodotti sono cosi' tanti da renderlo pericoloso per la salute in assenza di opportuni schermi protettivi. Il vantaggio del fusor è la semplicità costruttiva e l'assenza di parti meccaniche. Tuttavia solo ora è stato raggiunto il pareggio con l'energia in ingresso. Infatti il confinamento elettrostatico, sebbene sia soluzione semplice ed efficace, è poco efficiente attualmente.
Una trattazione piu' approfondita (quella sopra è solo un'introduzione molto semplificata alla questione) è presente nelle sezioni di fusione fredda, quindi mi fermo qui.

Saluti...

[ElettroRik]

QUOTE (Hellblow @ 15/12/2005, 10:24)

Produzione di Energia (generatori indipendenti e miniaturizzati).

...fino al reattore Fusor (a confinamento elettrostatico)....

Il Fusor



Edited by ElettroRik - 15/12/2005, 14:38

[Ospite]

Saluto calorosamente Hellblow,mario,elettrorik e brunovr,

non avevo mai sentito parlare del fusor.Mi documenterò su Google.
A me affascinano particolarmente i propulsori ionici.Come detto l'unica tipologia di motore ionico che conosco è la seguente:una sostanza rifornita di molta energia ( per esempio da una pila nucleare ) si ionizza divenendo un plasma ad alte temperature e pressioni che sfugge da un piccolo ugello.
Credo però che questo tipo di motori siano applicabili solo in settori aereospaziali come la missione giapponese proposta nel mio primo post.Altri tipi non ne conosco, vediamo se avete lumi in proposito
Non ho ben capito il funzionamento delle torce al plasma se qualcuno me lo spiega gliene sarei grato

A presto

Edited by Dareus - 15/12/2005, 17:11

[Ospite]

Bello il Fusor, continuiamo con le applicazioni.

Propulsione Spaziale

La propulsione spaziale è uno dei settori dove il plasma puo' in effetti dare un contributo sostanziale. I primi propulsori erano di tipo chimico, costruiti per dare spinte enormi ma per brevi lassi di tempo. Nelli Shuttle ad esempio è facile notare come l'apparato formato dai vari razzi che servono portare in orbita la navicella risultino essere molto piu' voluminosi dello Shuttle stesso. Si parla per questi propulsori di principio gasdinamica, in quanto si sfrutta un gas ad alta pressione che viene espulso.
Ma, una volta nello spazio, le navicelle non necessitano piu' di propulsori cosi' 'drastici'. Infatti l'assenza di attriti nello spazio fa si che un corpo, se accelerato, mantiene il suo moto in maniera costante. Quindi piccole spinte possono facilmente portare a grandi velocità oggetti che sulla terra non potrebbero neanche esser mossi.
Un propulsore ionico sfrutta appunto il plasma, ed in particolare i singoli ioni. Viene usata anche con questo tipo di propulsori la legge di azione-reazione, con velocità di scarico di circa 10^4 m/s che consentono accelerazioni (impulsive o continue) costanti nel tempo.
Si tratta inoltre di endoreattori in quanto sia il propulsore che il fluido usato per generare la spinta sono inclusi nello stesso apparato.

Faccio una breve premessa, al fine di poter misurare e la spinta e renderla confrontabile con altri propulsori, esiste una formula che permette di calcolare la Is, che sarebbe l’impulso specifico.. Mi riferirò sempre a questa nel portar paragoni.

Bene, abbiamo diversi tipi di propulsori ionici, che possiamo dividere in:

Elettrostatico: Ove un fluido che è carico elettricamente viene accelerato (ioni di Xenon di solito).

Elettrodinamico: Ove si sfrutta un plasma (fluido caricato elettricamente ma complessivamente con carica neutra) che interagisce con un campo magnetico ed una corrente.

Elettrotermico: In cui un gas viene scaldato e poi lasciato espandere scaricandolo in modo da ottenere la spinta.

Il metodo elettrotermico è semplice da realizzare, ma ha il difetto di richiedere cospicue quantità di gas da far espandere. Il gas viene fatto scaldare o tramite una resistenza (Is= 200-400) o con un arco elettrico (Is=200-1000).

Piu’ complessi sono i propulsori dove viene sfruttato il metodo Elettrostatico. In questi propulsori piccole quantità di propellente vengono ionizzate ed accelerate fino a raggiungere velocità notevoli. Fra le tipologie abbiamo i propulsori ad effetto di campo (Is=4000-6000) ed i propulsori a bombardamento elettronico (Is=3500-5000). Ancora sono in fase di studio propulsori che sfruttano metalli portati a temperatura di fusione come propellente.

I propulsori che usano il metodo Elettrodinamico sfruttano una forza chiamata forza di Lorentz, legata al moto delle particelle. Si dividono in propulsori a plasma stazionario (SPT) e propulsori Magneto plasma dinamici (MPD). Nei primi il propellente viene ionizzato da un campo elettrico ed uno magnetico che interagiscono fra loro. Inoltre questi campi accelerano il plasma fornendo la spinta necessaria (Is=2000-3500). I secondi invece sfruttano una scarica elettrica fra anodo e catodo che genera fra l’altro anche un campo magnetico. La combinazione di questi due fattori accelera il propellente(Is=2000-3500).

Vi allego qualche schemino...scusate son fatti di fretta



1- Elettroresistivo
2- Elettrotermico ad arco
3- Effetto campo
4- Magnetoplasma

[Ospite]

Parliamo del Fusor, visto che la foto mi stuzzica.

Fondamentalmente il fusor è una coppia di griglie sferiche, in rapporto di 1:5 (cosa vi ricorda? ) in raggio, costruite in modo che la piu' piccola sia interna alla piu' grande. Le due griglie sono fissate da sostegni isolati elettricamente ad un involucro esterno che puo' mantenere il vuoto al suo interno. Una pompa estrae l'aria, per poi iniettare da alcuni lati deuterio possibilmente ionizzato. Quando si alimentano con 10000 Volt le due griglie (catodo è quella piccola) gli ioni di deuterio vengono accelerati verso il centro della sfera piu' piccola, collidendo proprio nel punto centrale. Il risultato è una massiccia produzione di neutroni, e buona produzione di calore e luce. Tuttavia non si arriva ancora la pareggio perchè soprattutto si deve usare il deuterio, che costa.
Non so se esistono modelli ad idrogeno. I dettagli li potete trovare sul brevetto originale.

[mariomaggi]

Caro dareus,
di "plasma torch" o "torce al plasma" se ne parla su molti siti. Io non sono uno scienziato e non so darti una definizione esatta. So pero' che se invece di disperdere rifiuti tossico/nocivi nei campi come "fertilizzanti" li si raccogliesse in contenitori stagni, prima o poi si riuscira' ad inertizzarli in economia.

Segnalo anche
Applicazione dei plasmi

ed il metamotore ixquick , utile per queste ricerche.

Ciao
Mario

[Ospite]

CITAZIONE (Hellblow @ 16/12/2005, 00:47)

Parliamo del Fusor, visto che la foto mi stuzzica.

Fondamentalmente il fusor è una coppia di griglie sferiche, in rapporto di 1:5 (cosa vi ricorda? ) in raggio, costruite in modo che la piu' piccola sia interna alla piu' grande. Le due griglie sono fissate da sostegni isolati elettricamente ad un involucro esterno che puo' mantenere il vuoto al suo interno. Una pompa estrae l'aria, per poi iniettare da alcuni lati deuterio possibilmente ionizzato. Quando si alimentano con 10000 Volt le due griglie (catodo è quella piccola) gli ioni di deuterio vengono accelerati verso il centro della sfera piu' piccola, collidendo proprio nel punto centrale. Il risultato è una massiccia produzione di neutroni, e buona produzione di calore e luce. Tuttavia non si arriva ancora la pareggio perchè soprattutto si deve usare il deuterio, che costa.
Non so se esistono modelli ad idrogeno. I dettagli li potete trovare sul brevetto originale.

Ciao hell,

ti ringrazio per la bella trattazione sui motori ionici aereospaziali, brillante come sempre
Effettivamente il rapporto 1:5 delle griglie del fusor ricorda molto un certo rappoto catodo/anodo, segno che le geometrie non sono casualità o coincidenze
Secondo te che tipo ( dei vari propulsori che hai spiegato e elencato ) usa la missione giapponese?
Comunque non mi sembra che sia possibile applicare propulsori ionici per la locomozione aereonautica.
Continua pure con la descrizione dettagliata degli altri usi dei plasmi che vai forte

A presto

Edited by Dareus - 16/12/2005, 17:28

---

CITAZIONE (mariomaggi @ 16/12/2005, 08:32)

Caro dareus,
di "plasma torch" o "torce al plasma" se ne parla su molti siti. Io non sono uno scienziato e non so darti una definizione esatta. So pero' che se invece di disperdere rifiuti tossico/nocivi nei campi come "fertilizzanti" li si raccogliesse in contenitori stagni, prima o poi si riuscira' ad inertizzarli in economia.

Segnalo anche
Applicazione dei plasmi

ed il metamotore ixquick , utile per queste ricerche.

Ciao
Mario

Ciao mario,

bellissimi i link da te proposti

[Ospite]

CITAZIONE

Secondo te che tipo ( dei vari propulsori che hai spiegato e elencato ) usa la missione giapponese?

Aeronautica no, non è conveniente e tecnologicamente possibile. Il tipo usato dai giapponesi probabilmente è ad effetto Hall (magnetoplasma).

Ciao

Edited by Hellblow - 17/12/2005, 01:34

[Ospite]

CITAZIONE (Hellblow @ 17/12/2005, 01:34)

CITAZIONE

Secondo te che tipo ( dei vari propulsori che hai spiegato e elencato ) usa la missione giapponese?

Aeronautica no, non è conveniente e tecnologicamente possibile. Il tipo usato dai giapponesi probabilmente è ad effetto Hall (magnetoplasma).

Ciao

Ciao,

da quel che ho capito il metodo a magnetoplasma è uno dei più sviluppati tecnologicamente.Tu il motore rubbia lo classificheresti come motore ionico?

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Come_il_progetto_di_Carlo_Rubbia___stato_impegnato _per_esplorare_lo_spazio.doc ( Number of downloads: 30 )

[Ospite]

Ciao, conosco il motore proposto da Rubbia.
Il punto fondamentale è che secondo lui (giustamente) l'uso di atomi con peso maggiore dà spinte maggiori. Pero' il sistema non è tutto rose e fiori.
Intanto bisogna dirigere i frammenti verso l'ugello, in modo che siano ben allineati e non sparati a caso. Inoltre si deve proteggere adeguatamente gli astronauti dal pericolo radiazioni.
L'idea comunque è davvero interessante. Riguardo il concetto di propulsore ionico, in effetti questo non rientra. Infatti i propulsori ionici sfruttano appunto gli ioni che vengono accelerati. In questo caso non abbiamo ioni, ma atomi spaccati in due da neutroni. Parlerei di propulsione a fissione nucleare...

[Ospite]

Miglioramento propulsione

Nei propulsori che usano combustibile uno dei problemi è legato alla mancata combustione di parte del combustibile. In particolare nei propulsori per aereoplani parte del combustibile non subisce il normale processo termico andando ad intaccare sulle prestazioni complessive che il propulsore potrebbe avere.
Qualcuno ha proposto l'uso di plasma come sistema di accensione del combustibile dato che le torce al plasma sono in grado di raggiungere elevate temperature su porzioni di spazio relativamente grandi. Il combustibile introdotto dagli iniettori passerebbe quindi attraverso un sistema di torce al plasma che si occupano di incendiare il kerosene vaporizzato. Questi si incendierebbe completamente dando luogo a spinte maggiori a parità di combustibile utilizzato. Inoltre l'elevata temperatura presente nella zona di combustione renderebbe tutto il processo uniforme ed omogeneno, favorendo ulteriormente il ciclo termodinamico del motore.
Per contro, l'uso di tali torce richiede oltre a sistemi riadattati, anche del combustibile per la torcia stessa. Da quel che so si sta sperimentando con il benzene ed il metanolo, ma molti altri sono i gas che potrebbero andare bene.

Torcia al Plasma

Il principio rimane lo stesso di quello dei propulsori di cui sopra ho già scritto. Un certo gas (che per i propulsori era Xenon, in questo caso ad esempio puo' essere idrogeno) passa attraverso una fenditura ove sono presenti un catodo a forma di spillo ed un anodo piu' grande. La differenza di potenziale genera una scarica ad arco elettrica che causa la scissione di buona parte degli atomi del gas che viene fatto passare, causando la ionizzazione di questo. In tutto questo processo si libera calore, ed il gas raggiunge temperature anche dell'ordine di 15000 K a seconda della tecnologia e del gas usati. Questo getto di plasma caldo puo' essere usato per scaldare, tagliare, o quanto altro la mente possa escogitare.
Un punto critico della torcia al plasma è l'ugello di uscita del plasma. Infatti è facile che questo si scaldi fino a temperature non tollerate dai materiali usati. Per evitare ciò si possono usare o campi magnetici di contenimento per distanziare il plasma dall'ugello, o (piu' spesso) getti di aria che hanno lo scopo di proteggere l'ugello di uscita dal surriscaldamento. A volte vengono usate tecnologie piu' complesse, a seconda delle temperature in gioco.





In particolare il taglio al plasma trova sempre maggior uso nell'industria in quanto presenta vantaggi non indifferenti rispetto altri metodi. Di solito si lavora a temperature dell'ordine di 9000-14000 C° con miscele di Argon ed Idrogeno. Il vantaggio maggiore è la precisione che questo tipo di taglio consente. Infatti particolari tecnologie applicate al controllo del flusso e delle dimensioni del plasma permettono di tagliare pezzi anche piccoli con estrema precisione ed accuratezza. Il taglio presenta minori sbavature rispetto ad altri sistemi ed inoltre le velocità di taglio sono elevatissime. Spessori dell'ordine di diversi centimetri (anche 15) possono essere trattati senza particolari attrezzatture, indipendentepente dal materiale da usare (grazie all'elevata temperatura). Il taglio al plasma, applicabile ai conduttori, puo' essere usato anche in ambiente immerso in acqua senza problemi, e non necessita di procedure di preparazione o di preriscaldamento.

Per contro le attrezzature al momento hanno un certo costo, sebbene i vantaggi di cui sopra coprono spesso l'aspetto economico. Ad esempio ottenere un pezzo tagliato al plasma che poi deve essere poco lavorato per eliminare le sbavature significa un costo maggiore per le attrezature di taglio, ma un grande risparmio di tempo e denaro nelle successive fasi di lavorazione. Inoltre a differenza del taglio meccanico, non esistono problemi di durezza del materiale da trattare...tagliare alluminio o acciaio diventa quasi la stessa cosa, senza necessità di cambiare gli impianti. Infine i costi di mantenimento e manutenzione possono essere inferiori rispetto ai sistemi meccanici, perchè non c'e' pericolo di rotture meccaniche dovute alla lavorazione. Unico costo è il gas e di tanto in tanto la sostituzione delle parti usurate, senza problemi di rottura di utensili ecc...
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[Ospite]

CITAZIONE (Hellblow @ 15/12/2005, 01:19)

Ok , breve elenco delle applicazioni attinenti al tread, per quel che ne so...queste sonole applicazioni di interesse.

Militari:
Produzione di Energia (generatori indipendenti e miniaturizzati).
Propulsione (per sistemi spaziali).
Miglioramento propulsori convenzionali (combustione nei propulsori grazie a torce al plasma).
Alterazioni locali delle onde EM (Stealth?).
Controllo flussi fluidodinamici su superfici fisse(Miglioramento aerodinamica).
Generazione campi magnetici intensi e localizzati.
Generazione di forti campi EM. (Disturbo? Bombe EM?)

Industriali:

Taglio e saldatura.
Produzione di materiali.
Alterazione di superficie dei materiali.
Produzione di semiconduttori.
Generatori di ioni.
Lavorazione polimeri.
Miglioramento caratteristiche dei materiali.

Saluti

Ciao hell,

ti ringrazio per l'ottima argomentazione sulle torce al plasma.
Vediamo gli argomenti ancora non visionati:
-Generazione di forti campi EM.
-Produzione di semiconduttori.
-miglioramento caratteristiche dei materiali.

A voi

[Ospite]

Ciao,

mi sembra di aver trovato un link interessante qui.