Algo de Aplicaciones de Fisica de Plasmas

Lamento interrumpir un momento la interesante y educativa serie sobre «Física de Particulas» con algo un poco más aplicado. Típicamente, cuando los físicos hablamos sobre lo que hacemos la pregunta que siempre sale es «…y eso… ¿para qué sirve?…» A pesar que nuestra labor científica es responder los «cómo» y los «porqué», la física ha contribuido muchisimo a los «para qué», revolucionando a la industria y a los mercados con sus resultados y aplicaciones. A raiz de un trabajo que me tocó hacer recientemente, pensé que sería bueno compartir un poco algunas aplicaciones en el mundo industrial de la física de plasmas (mi area de investigación).

Imagen desde «Plasma Science: Advancing Knowledge in the National Interest» http://www.nap.edu/catalog/11960.html

Primero, un acercamiento visual. En la imagen se muestra una cocina donde cada número encerrado en amarillo corresponde a algún producto que en alguna parte de su proceso de fabricación tuvo contacto con algún plasma. Aunque ni siquiera sepamos lo que es el plasma, nuestra vida actual se encuentra rodeada de tecnologías que involucran este cuarto estado de la materia. Para recordar, el plasma es el cuarto estado de la materia y se logra cuando los gases aumentan su temperatura por sobre los 10.000°C. En esas temperaturas, los átomos y moléculas que constituyen el medio se «rompen» creando una especie de «sopa» de nucleos (iones) y electrones que presentan un comportamiento colectivo. Los plasmas en forma natural emiten luz (visible, UV o X) y pueden ser utilizados como fuente de luz, de iones, de electrones, de neutrones o «asistir» la formación de ciertas moléculas útiles mediante ciertos procesos. Existen aplicaciones en casi todas las áreas de la industria como la industria textil, de polímeros, automotriz, de tratamiento de desechos, de corrosión, de iluminación, medicina, etc, etc.

Trozo de tela en tratamiento con un plasma de radiofrecuencia (imagen desde http://www.plasmatechsystems.com)

Para partir, digamos que los plasmas más utilizados en la industria son aquellos de «bajas temperaturas»; es decir, solo unas decenas de miles de grados Celsius (les dije que era baja temperatura; 1-10eV). Usualmente, tienen baja densidad (< 1 millón de veces menos que el aire) y gracias a eso no derriten el metal de las cámaras metálicas que lo producen. Estos plasmas se pueden formar de varias maneras, como con un voltaje radiofrecuencia, el impacto de un láser sobre una superficie u otros. Estos plasmas emiten iones de cierto material o «asisten» al gas de fondo para que se produzcan ciertos enlaces moleculares. Esos iones o moléculas son las que se implantan después sobre superficies y modifican sus propiedades. Ahora lo importante… ejemplos!! Con estas técnicas es posible tranformar un lente común en un lente antirayas con filtro UV; un vidrio común en un vidrio hidrofóbico, tranformar un calcetín cualquiera en un calcetín antihongos, cañerías más resistente a la corrosión, etc, etc.

Antorchas de plasma (imagen desde http://www.pyrogenesis.com)

Por otro lado, están las llamadas «antorchas de plasma» (plasma torch) que tienen mayores densidades que las anteriores y por lo tanto, si son capaces de derretir materiales. En estos casos, el plasma se forma cuando un jet de gas pasa entre dos electrodos a alto voltaje, transformando este jet en la «antorcha». Es asi como existe el conocido «corte con plasma» que utilizan los maestros ferreteros; y otras aplicaciones como reducción de basura municipal y sus gases contaminantes, tratamiento de úlceras y heridas (usando el plasma como fuente de calor libre de bacterias y como fuente UV), entre otros.

Existen muchisimas más aplicaciones de la física de plasmas en la vida diaria (como las ampolletas de bajo consumo y los famosos televisores de plasma) pero ya no quiero aburrir más con un post tan largo. Como reflexión, quería que pensasemos en aquellos científicos del 1950 que querían explicar el comportamiento de los gases cuando se les somete a un voltaje muy alto… ¿¡creen que algún día ellos imaginaron que 50 años después el mundo estaría repleto de aplicaciones de sus investigaciones!? Jamás! Ellos hicieron ciencia básica pensando en entender la naturaleza y después nos dimos cuenta que podía utilizarse en la industria. La física de plasmas (asi como muchas otras áreas de la física) es uno de los ejemplos donde la inversión en ciencia básica ha sido un pilar fundamental en el desarrollo industrial. Empresarios visionarios fueron capaces de «invertir» en físicos «de ciencia básica» con un alto riesgo, pero con beneficios insospechados incluso para ellos mismos. Existen investigaciones «básicas» actuales (como los «starmakers») que se espera revolucionen el mundo empresarial en algunas décadas. Pero es cierto que hay muchas más que hoy no sospechamos, que están a la espera de ser descubiertas.

.F

P.D.: Desafortunadamente, algunos links apuntan a sitios en inglés, ya que no encontre en castellano. Si alguien encuentra links similares en castellano, POR FAVOR hagamelo saber para reemplazarlo (es nuestra politica como blog)