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Plasma e applicazioni di nanotecnologia attraverso la matematica

Il plasma è uno dei quattro stati fondamentali della materia, insieme allo stato solido, liquido e gassoso. Onnipresente nella forma, il plasma è un gas ionizzato così galvanizzato che gli elettroni hanno la capacità di liberarsi dai loro nuclei. Gli scienziati vogliono far ...

Il plasma è uno dei quattro stati fondamentali della materia, insieme allo stato solido, liquido e gassoso. Onnipresente nella forma, il plasma è un gas ionizzato così galvanizzato che gli elettroni hanno la capacità di liberarsi dai loro nuclei. Gli scienziati vogliono far luce sul moto delle particelle nella fisica del plasma e sulle dinamiche del gas rarefatto - un gas la cui pressione è molto al di sotto della pressione atmosferica. Questo come può essere realizzato? Un team di ricercatori finanziati dall'UE ha trovato una soluzione. Il prof. Francis Filbet dell'Université Claude Bernard Lyon 1, in Francia, ha deciso di affrontare la questione con analisi matematiche e numeriche. Ha ricevuto una sovvenzione Starting Grant del Consiglio europeo della ricerca (CER) di quasi 500 000 euro per il progetto NUSIKIMO ("Numerical simulations and analysis of kinetic models - applications to plasma physics and nanotechnology"). Il prof. Filbet e il suo team di ricerca hanno costruito un modello di un plasma collisionale non-stazionario mettendo regimi e instabilità sotto il microscopio. Una delle sfide che i ricercatori hanno affrontato è stata approssimare modelli cinetici e sviluppare nuove tecniche che potrebbero rendere possibile l'analisi numerica nella teoria cinetica. Per fare questo, il team sta lavorando all'adattamento di lemmi di media (affermazioni provate usate per ottenere la prova di altre affermazioni) per esaminare le equazioni cinetiche, come l'equazione di Boltzmann. Concepita nel 1872, l'equazione a sette dimensioni è usata per fare un modello del comportamento dei gas, ma risolverla si è rivelato problematico perché le capacità numeriche non riescono a catturare le complessità coinvolte. Il team di NUSIKIMO sta esaminando anche gli schemi di protezione asintotici, che si possono descrivere come procedure performanti in grado di risolvere "problemi singolarmente perturbati", quelli per i quali il carattere del problema cambia in modo intermittente. Tali problemi contengono piccoli parametri che non possono essere approssimati fissando il valore del parametro a zero. Per fare un confronto, un'approssimazione per problemi a perturbazione normale si può ottenere quando piccoli parametri sono fissati a zero. Gli schemi di protezione asintotici sono stati istituiti per aiutare gli scienziati a gestire i problemi singolarmente perturbati. Specialmente quando trattano modelli cinetici in un ambiente diffusivo. Il prof. Filbet e il suo team stanno sviluppando un metodo per controllare la produzione di entropia numerica (termodinamica classica). Essere in grado di controllare la produzione di entropia, che determina le prestazioni delle macchine termiche, è un elemento importante per l'analisi della stabilità, una valutazione che ci aiuta a capire cosa succede a un sistema quando è perturbato. I ricercatori credono che le equazioni non lineari potrebbero quindi essere trattate con una strategia basata sugli schemi di protezione asintotici. Applicare queste equazioni alla fisica del plasma è uno degli obiettivi di NUSIKIMO. Il team sta valutando il trasporto di energia e sta cercando di determinare l'efficienza del riscaldamento del plasma. I ricercatori stanno anche esaminando le misure necessarie per assicurare le condizioni di fusione attraverso l'interazione di impulsi laser intensi e brevi e schemi come la fusione a confinamento inerziale o a ignizione veloce. Un altro obiettivo è applicare le equazioni a sistemi microelettromeccanici (MEMS). Il prof. Filbet e il suo team stanno sviluppando metodi teorici e numerici per studiare i flussi gassosi e liquidi in micro dispositivi. L'elemento chiave qui è lo sviluppo di metodi numerici. Dicono i ricercatori: l'uso di metodi numerici, invece di metodi analitici, ha reso possibile creare un modello delle geometrie di flusso tridimensionali nelle configurazioni MEMS. Il progetto si concluderà alla fine di dicembre 2013.Per maggiori informazioni, visitare: Scheda informativa del progetto: Université Claude Bernard Lyon 1: http://www.univ-lyon1.fr/discover-lyon-1/university-claude-bernard-lyon-1-578870.kjsp

Paesi

Francia