98114 - PLASMA: DALLA FISICA ALL'INGEGNERIA

Conoscenze e abilità da conseguire

Il presente corso si propone come l’introduzione alla fisica del quarto stato della materia e a come essa venga sfruttata per abilitare tecnologie di grande attualità e impatto sociale. Al termine del corso lo studente conoscerà i principi fisici/ingegneristici e le principali problematiche connesse al sempre crescente utilizzo di plasmi nel campo agroalimentare, sanitario e propulsivo.

Programma/Contenuti

Il corso si compone di 3 moduli.

Il primo modulo, volto a fornire nozioni introduttive che costituiranno la base su cui poggeranno gli aspetti applicativi che verranno affrontati nel secondo e nel terzo modulo, riguarderà:
• Reazioni plasmo-chimiche elementari, processi di ionizzazione e di eccitazione/dissociazione di neutri;
• Cinetica, termodinamica e elettrodinamica del plasma, introducendo l’approccio statistico per la descrizione di un plasma;
• Breakdown elettrico e principali tipologie di scariche plasma.
Per alcune delle principali caratteristiche fisico-chimiche dei sistemi plasma si vedranno le implicazioni tecnologiche nel contesto di i) etching per la microelettronica, ii) lampade a fluorescenza e iii) splitting della CO2 per energy harvesting. In questo modulo si prevedono inoltre esperienze di laboratorio.

Il secondo modulo riguarderà l’uso dei plasmi per applicazioni antimicrobiche. Nello specifico si approfondiranno:
• le principali specie biocide prodotte dal plasma e loro interazione con microorganismi in ambiente solido, gassoso o liquido;
• la sanificazione di alimenti e imballaggi alimentari da microrganismi, virus e micotossine;
• l’analisi dell’effetto di trattamenti plasma su caratteristiche qualitative degli alimenti;
• l’utilizzo di plasmi per inattivazione microbica di bioaerosol contenenti microbi, ivi inclusi SARS-CoV-2.

Il terzo modulo mira a fornire le nozioni necessarie alla comprensione dell’utilità del plasma a fini propulsivi e a proporne le applicazioni più promettenti per le esplorazioni interplanetarie e spaziali, seguendo le seguenti tappe principali:
• Definizione delle necessità propulsive sulla base della missione e principali parametri di performance (impulso specifico e totale)
• Vantaggi e problematiche associate alla propulsione al plasma (ed elettrica)
• Tipologie di propulsori al plasma e loro caratteristiche: motore a ioni, Hall Effect Thruster, Helicon Plasma Thruster

Testi/Bibliografia

Materiale fornito dai docenti.

Yu. P. Raizer, Gas discharge physics, Springer (1997)

N. N. Misra, O. Schlüter, P. J. Cullen, Cold plasma in food and agriculture, fundamentals and applications, Eslevier (2016)

R. G. Jahn, Physics of Electric Propulsion, McGraw-Hill (1968)

Metodi didattici

Lezioni con supporto di videoproiettore.

Visite presso il LABORATORIO DI TECNOLOGIE DEI MATERIALI E APPLICAZIONI INDUSTRIALI DEI PLASMI del DIN in Via Terracini 28, Bologna

Modalità di verifica dell'apprendimento

La prova d’esame consiste nella discussione di un approfondimento critico nella forma di una tesina o presentazione power point (almeno 3000 parole o 12 slides) che potrà essere individuale o di gruppo purché sia chiaramente identificabile il contributo del singolo, da concordare con uno dei docenti, in accordo con il docente titolare del corso. In caso siano previste attività di laboratorio, potrà essere presentato in alternativa un elaborato o manufatto che attesti le attività svolte.

Strumenti a supporto della didattica

Le presentazioni mostrate dai docenti saranno disponibili su IOL/Virtuale

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Matteo Gherardi

Consulta il sito web di Pietro Rocculi

Consulta il sito web di Fabrizio Ponti