Laboratorio didattico di Fisica dei Plasmi
Laboratorio per la laurea triennale
Il laboratorio didattico di Fisica dei Plasmi, sito in U2-2025, ospita le attività relative al corso di “Esperimentazioni di Plasmi”, uno dei corsi di laboratorio tematici a scelta disponibili per gli studenti del terzo anno. Il laboratorio è dotato di diversi apparati sperimentali, che consentono lo studio di svariate metodologie di generazione e diagnostica di plasmi sia a bassa pressione che a pressione atmosferica.
Per ciò che riguarda i plasmi a bassa pressione, è disponibile una macchina a catodo caldo per la produzione di un beam-driven plasma, in elio o argon, generato da un fascio di elettroni emesso da un filamento incandescente e confinato da un campo magnetico assiale. La macchina, dotata di un sistema di pompaggio costituito da una pompa rotativa ed una pompa turbomolecolare, consente lo studio della generazione di questo tipo di plasmi, ed anche l’apprendimento della diagnostica mediante sonda di Langmuir.
Sempre nell’ambito dei plasmi a bassa pressione sono disponibili due tubi, connessi a pompe rotative, per lo studio rispettivamente dell’innesco di plasmi in corrente continua, con la costruzione delle curve di Paschen in diversi gas, e per lo
studio della formazione di plasmi a radiofrequenza ad accoppiamento capacitivo. I plasmi prodotti in questi due
apparati vengono anche diagnosticati mediante l’uso di spettrometri che analizzano la radiazione visibile emessa.
Nell’ambito dei plasmi a pressione atmosferica è disponibile un apparato per lo studio delle scariche a barriera dielettrica (DBD), in cui è possibile apprendere la modalità di generazione di questi plasmi, la loro diagnostica spettroscopica ed è possibile misurare gli effetti sulla chimica dell’aria tramite sensori di ozono.
Infine, è disponibile un apparato per lo studio delle scariche a effetto corona e della produzione di vento ionico, che permette di valutare la dipendenza della velocità del flusso di aria e della spinta prodotta al variare dei parametri della scarica.
Un’altra attività che viene realizzata in questo laboratorio è anche quella di apprendimento dei principi di funzionamento degli spettrometri, attraverso una esperienza di costruzione e calibrazione di tale strumento.
Laboratorio per la laurea magistrale
Il laboratorio didattico di Fisica dei Plasmi, sito in U2-2025, ospita le attività relative ad una parte del corso di “Laboratorio di Fisica dei Plasmi I”.
In questo laboratorio è disponibile una macchina a catodo caldo per la produzione di un beam-driven plasma, in elio o argon, generato da un fascio di elettroni emesso da un filamento incandescente e confinato da un campo magnetico assiale. La macchina, dotata di un sistema di pompaggio costituito da una pompa rotativa ed una pompa turbomolecolare, viene utilizzata per lo studio delle oscillazioni alla frequenza di plasma, rivelate tramite una sonda immersa nel plasma e collegata ad un opportuno ricevitore. Tramite l’analisi dello spettro rilevato dalla sonda nell’intervallo delle microonde, risulta possibile una misura della densità del plasma. Il medesimo esperimento viene anche ripetuto generando il plasma tramite radiofrequenza applicata ad un elettrodo magnetizzato, usando il fascio di elettroni solo per l’eccitazione dell’oscillazione.
Inoltre, nel laboratorio è disponibile un apparato per lo studio della produzione e misura del vuoto, costituito da una camera collegata ad un sistema di pompaggio costituito da una pompa rotativa ed una pompa turbomolecolare. Questo sistema viene utilizzato per studiare le curve di pompaggio, valutare conduttanze e velocità di pompaggio, e per effettuare esercitazioni di ricerca perdite. In più, esso è equipaggiato con uno spettrometro di massa, per mezzo del quale è possibile analizzare la composizione dei gas residui alle varie pressioni, ed effettuare esercizi di identificazione di tracce di sostanze volatili immesse nella camera.
Il laboratorio è anche equipaggiato con una postazione di calcolo numerico, su cui è installato un codice di simulazione di plasmi di tipo Particle-In-Cell (PIC). Esso può essere utilizzato per simulare diversi fenomeni, ed in particolare per simulare le oscillazioni alla frequenza di plasma che vengono misurate sulla macchina a catodo caldo. Questo tipo di attività consente di approfondire metodiche di analisi spettrale spazio-temporale di serie di dati.