Grupos de investigación

Fábrica de plasmas

laboratorios — por el 20/02/2014 a las 12:51

El estado de plasma no es natural en la Tierra y para obtenerlo debe ser producido artificialmente. A eso se dedica el Laboratorio de Descargas Eléctricas que dirige Héctor Kelly. La forma más usual de producirlo es a partir de la aplicación de un campo eléctrico lo suficientemente intenso en un medio gaseoso. Las aplicaciones tecnológicas basadas en plasmas son múltiples.

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Plasma. Foto: Diana Martinez Llaser

Reactor de plasma para el tratamiento de gases. Foto: Diana Martinez Llaser

 

Aunque el 99 por ciento de la materia observable se encuentra en estado de plasma, es muy difícil encontrar materia en ese estado en la Tierra, un planeta relativamente frío. Debe ser por eso que, cuando en la escuela nos enseñan los estados de la materia, los maestros se limitan a describirnos el estado sólido, líquido y gaseoso. Sin embargo, el plasma es algo así como el cuarto estado de la materia y en la naturaleza se produce a temperaturas lo suficientemente altas como para que el medio, usualmente gaseoso, se encuentre al menos parcialmente ionizado.

La materia intergaláctica, el Sol y otras estrellas, la magnetosfera, los cinturones de radiación de Van Allen y el viento solar están compuestos de plasma. En la Tierra, prácticamente sólo lo encontramos en los rayos de una tormenta eléctrica o en las auroras boreales. A menos que sea producido artificialmente. De eso, justamente, se trata el trabajo de Héctor Kelly y su grupo de investigación en Tecnologías de Plasma: investigar y desarrollar este tipo de tecnologías.

“El estado de plasma no es natural en la Tierra y debe ser producido artificialmente. La manera más usual de producir un plasma es a partir de la aplicación de un campo eléctrico lo suficientemente intenso en un medio gaseoso”, explica Kelly. En aire a presión atmosférica, por ejemplo, se requiere un campo de aproximadamente 3 kV/mm (kilovoltios por milímetro).

“Este campo acelera algunos pocos electrones libres en el gas (creados principalmente por rayos cósmicos) hasta energías lo suficientemente altas como para que la probabilidad de que el electrón produzca una colisión ionizante con una partícula neutra sea elevada, creando así un nuevo electrón disponible para ser acelerado por el campo. Se produce así un proceso de multiplicación geométrica de los electrones libres, que da origen a lo que llamamos una descarga eléctrica”, detalla el físico. Ese gas ionizado creado por la descarga es prácticamente neutro y se llama plasma. Tiene propiedades similares a las de un gas ordinario pero, además, puede conducir corriente eléctrica y reaccionar ante campos electromagnéticos externos. “Existe una enorme variedad de descargas, dependiendo de la geometría de los electrodos, la presión del gas, y las características temporales del campo eléctrico aplicado”, dice el investigador.

Las aplicaciones tecnológicas basadas en plasmas son diversas. Pueden ser utilizados en nanotecnología, biomedicina, tratamiento de superficies, etcétera. La tarea de investigación del grupo de Kelly comprende el desarrollo, estudio y optimización de diversas descargas eléctricas de interés tecnológico, lo que involucra tanto trabajo experimental como teórico. Además del estudio de la física básica involucrada, los investigadores del grupo tienen como objetivo importante optimizar procesos para su aplicación tecnológica. Si bien sus principales temas de investigación corresponden al área de la física del plasma y descargas eléctricas, también investigan en otras áreas, fundamentalmente en ciencia de los materiales.

Grupo de Tecnologías de Plasma.

Grupo de Tecnologías de Plasma.

Entre las varias líneas de investigación que lleva adelante el equipo se encuentra la producción y estudio de recubrimientos amorfos y nano-estructurados mediante evaporadores catódicos de baja presión. Esta línea incluye el desarrollo de recubrimientos para mejorar las propiedades mecánicas de diversos metales, y el crecimiento de films de dióxido de titanio (TiO2) para su aplicación como superficie auto-limpiante, en la remediación de aguas y como recubrimiento biocompatible. También producen desarrollos de descargas luminiscentes mediante radiofrecuencia, las que pueden ser utilizadas para recubrimientos e implantación iónica, polimerización y síntesis de nano-estructuras carbonáceas. El desarrollo de descargas de baja potencia y alta tensión a presión atmosférica, a su vez, permite aplicaciones biológicas y la destrucción de gases tóxicos. Otra de las líneas consiste en el desarrollo de plasmas térmicos de alta potencia a presión atmosférica (antorchas de plasma) para su empleo en el corte de metales. También desarrollan propulsores de plasma para pequeños satélites y, finalmente, realizan diagnósticos y modelos teóricos para todos los experimentos mencionados.

“Todos los experimentos desarrollados tienen aplicaciones mediatas. En varios casos el desarrollo de una aplicación inmediata es relativamente sencillo, pero requiere la participación de algún socio industrial interesado en el desarrollo. Por ejemplo, este año comenzamos la investigación en propulsores de plasma para pequeños satélites, con vistas a su transferencia a la industria nacional, a través de una empresa que ha mostrado interés en estos dispositivos”, dice Kelly quien resalta, a la vez, el carácter fuertemente interdisciplinario de su investigación.

 

Grupo de Tecnologías de Plasma

Laboratorio de Descargas Eléctricas (Departamento de Física)

Instituto de Física del Plasma (INFIP; UBA-CONICET), Pabellón I, P.B.

Teléfono: 4576-3371 – http://www.lfp.uba.ar/es/areas/descargas/descargas.php

Dirección: Dr. Héctor Kelly.  Integrantes: Dr. Leandro Giuliani, Dra. Diana Grondona (línea de alta presión y diagnósticos de plasma), Dr. Ariel Kleiman, Dra. Adriana Márquez (línea de procesamiento de superficies por plasmas), Dr. Fernando Minotti (línea de teoría y modelos de descargas eléctricas) Tesistas de doctorado: Lina María Franco Arias, Jorge Luis Gallego Cano, Mariana Fazio, Andrés Arias. Becario: Esteban Roitberg (Beca UBA)

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