Nuova tecnica non invasiva grazie ad uno studio degli atenei di Catania e della Campania e i Lns-Infn nell’ambito di un progetto Prin
Indagare le potenzialità di nuovi approcci per la diagnostica non invasiva nelle sorgenti di plasma.
Sono gli obiettivi del progetto PLasma Advanced Sensing Methodologies And Reconstructions in Ecr ion sources - PLASMARE che si basa sull’impiego di onde elettromagnetiche di lunghezza millimetrica, quindi ad altissima frequenza, per la stima del profilo di densità elettronica del plasma all’interno del reattore in cui viene generato.
La diagnostica a microonde e onde millimetriche è uno dei temi di ricerca più promettente nell’ambito dell’elettromagnetismo applicato perché consente di ispezionare da remoto, quindi in maniera non distruttiva, uno scenario non altrimenti accessibile.
Una tecnica legata alla capacità di risolvere un problema di diffusione inversa (inverse scattering) che presenta notevoli difficoltà quali la non linearità e la mal posizione. Per tale motivo questi problemi riscuotono un notevole interesse sia dal punto di vista metodologico, sia applicativo, e possono essere di grande utilità in settori quali la prospezione del sottosuolo, la diagnostica medica, il riconoscimento di oggetti nascosi, i sistemi radar e così via.
Il plasma, comunemente indicato come il quarto stadio della materia, può essere concepito come un sistema di particelle cariche (un gas fortemente ionizzato) la cui dinamica è dominata da interazioni di natura elettrica e magnetica e che pertanto presenta comportamenti di tipo collettivo.
Nell’universo circa il 99% della materia è allo stato di plasma, quali le stelle, le nebulose, l’idrogeno interstellare e il vento solare.
Al contrario, sul nostro pianeta, i plasmi sono limitati a pochi esempi: il fulmine, l’aurora boreale, la scarica elettrica in un tubo al neon. Il plasma però può essere prodotto anche in laboratorio per studiare fenomeni astrofisici complessi, sviluppare nuove sorgenti pulite di energia (fusione nucleare) e per generare fasci di particelle negli acceleratori.
Produzione di plasma atmosferico effettuato con una sorgente compatta al plasma per applicazioni ai Lns-Infn
La diagnostica a onde millimetriche fornirà un monitoraggio più accurato e affidabile del plasma nelle sorgenti di ioni, in quanto le informazioni sullo stato della sorgente possono essere utilizzate per migliorare ed ottimizzare la generazione del plasma stesso, e in ultima analisi le performance nella specifica applicazione di interesse.
Questo comporterà importanti progressi e ricadute in diversi campi ad alto impatto sociale e scientifico, tra i quali la fisica nucleare, la medicina, l'energia e nanoelettronica. Le ricadute del progetto potrebbero rappresentare una svolta nel campo della fisica e tecnologia dei plasmi, nonché una prima pietra miliare per lo sviluppo di nuove tecniche di diagnostica integrata in tali sorgenti.
Nello specifico, tale tecnica di diagnostica sarà sviluppata per la sorgente AISHa - Advanced Ion Source for Hadrontherapy, una sorgente di ioni progettata nei Laboratori Nazionali del Sud, grazie alle conoscenze acquisite negli ultimi decenni dai ricercatori dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) nella progettazione e realizzazione di sorgenti ioniche in grado di produrre fasci ad elevata stabilità ed elevata riproducibilità.
Una sorgente di questo tipo è stata realizzata ed è operativa anche alla Fondazione CNAO di Pavia per lo sviluppo di nuovi protocolli clinici per il trattamento di neoplasie.
L’implementazione di questo metodo diagnostico permetterà di estendere la conoscenza sui fenomeni fisici che regolano il funzionamento di tali sorgenti consentendo la produzione di fasci ionici a più alti stati di carica e brillanza.
Il team di ricerca è composto da Loreto Di Donato, associato di Campi Elettromagnetici del Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Elettronica ed Informatica dell’Università di Catania - principal investigator del progetto selezionato come Progetto di Rilevante Interesse Nazionale dal Ministero dell’Università e della Ricerca -, dall’ing. Maria Antonia Maisto, ricercatrice in Campi elettromagnetici all’Università della Campania “Vanvitelli”, e dall’ing. Luigi Celona, dirigente tecnologo ai LNS - Infn.
Il progetto, che prevede una parte di ricerca teorica e un’altra di sviluppo sperimentale, mira ad ingaggiare giovani ricercatori con contratti finanziati dal programma di ricerca stesso, e trarrà vantaggio dalla complementarietà di competenze dei diversi componenti lo staff di ricerca.
La proposta progettuale al bando Prin è stata presentata nell’ambito di un “progetto incubatore” finanziato dal programma Starting Grant nell’ambito del piano di incentivi per la ricerca 2020-2022 dell’Ateneo di Catania.
Loreto Di Donato