Plasmi Termici

Caratterizzazione di plasmi di equilibrio (LTE Local Thermal Equilibrium): proprietà termodinamiche e di trasporto e composizione all’equilibrio, in un ampio intervallo di temperature e pressione, a partire da diverse applicazioni tecnologiche fino allo studio delle atmosfere planetarie e ad i plasmi stellari.

atmospheres

Proprietà Termodinamiche e Trasporto in Plasmi d’Equilibrio
Le proprietà termodinamiche e la composizione di Equilibrio di miscele gassose complesse (atmosfere planetarie, i.e. Terra, Marte e Giove) sono state calcolate con approcci di termodinamica statistica, sfruttando un algoritmo veloce e stabile che risolve la composizione di equilibrio con unapproccio gerarchico. Inoltre è stato proposto un modello semplificato o approccio a due livelli che consente il calcolo delle funzioni di partizione e delle proprietà termodinamiche di specie atomiche, riducendo il numero effettivo degli stati interni a pochi livelli virtuali attraverso una procedura di raggruppamento.
I coefficienti di trasporto (conduttività termica λ, viscosità η e conduttività elettrica σe) di plasmi generati per impatto di veicoli spaziali su atmosfere planetarie (Terra, Giove, Marte), sono state derivate, con il metodo di Chapman Enskog, considerando approssimazioni di ordine superiore e includendo specie minoritarie. L’aspetto centrale del calcolo è rappresentato dalla caratterizzazione delle interazioni binarie, ovvero la derivazione degli integrali di collisione che descrivono la dinamica microscopica. L’approccio fenomenologico, basato sulla descrizione della interazione media tra particelle con un potenziale fenomenologico i cui parametri possono essere stimati attraverso formule di correlazione a partire dalle proprietà fisiche dei collidenti, è stato proposto e validato per diversi sistemi. Inoltre un nuovo, efficiente algoritmo è stato implementato per il metodo di integrazione frattale.
Infine è stato sviluppato il tool computazionale, di tipo web-access, EquilTheta, che consente il calcolo della composizione di equilibrio, di proprietà termodinamiche e coefficienti di trasporto per una miscela in ampi intervalli di temperatura e pressione. EquilTheta è il focus di un business plan per la creazione di uno spin-off CNR-UniBAS.

 

Plasmi di alta densità
Le proprietà termodinamiche e la conduttività elettrica di un plasma di idrogeno di alta densità con comportamento non-ideale sono state studiate, tenendo conto degli effetti quantistici dovuti alla modificazione dello spettro energetico osservate quando l’interazione elettrone-protone è soggetta all’effetto del plasma. Le condizioni di alta densità sono state simulate assumendo un modello di atomo confinato, con il nucleo fisso al centro di una sfera, o considerando l’interazione descritta da un potenziale Coulombiano schermato.

 

Plasmi indotti da laser
La LIP (Laser induced plasma) è una tecnica che riceve un crescente interesse in campi differenti, quali la lavorazione dei materiali, la diagnostica, l’analisi chimica e le applicazioni spaziali (Mars Curiosity Rover). L’indagine teorica è stata orientata a verificare la condizione di equilibrio termodinamico locale (LTE), comunemente assunta nella tecnica LIBS calibration-free.

  1. espansione della plume indotta nell’interazione laser-target di titanio
    Un impulso laser al nanosecondo è impiegato per produrre l’istantanea evaporazione di un target metallico o di un ossido di metallo in diverse condizioni ambientali, i.e. camera da vuoto, aria e con target immerso in acqua, in questo caso simulando al contempo la dinamica di formazione della bolla di cavitazione. Il ruolo delle reazioni chimiche nella dinamica di espansione della plume è stata investigata considerando diverse assunzione, i.e. LTE, flusso libero (assenza di reazioni) e simulazione cinetica.
  2. modello collisionale-radiativo (CR) di un plasma di alluminio indotto da laser
    Una approfondita analisi è stata condotta considerando il modello CR di metalli atomici, usando valori sperimentali per i parametri della plume, quali pressione e temperatura.
  3. dinamica elettronica e fononica in metalli
    Un approccio simile può essere usato per studiare elettroni e fononi in un solido riscaldato con un laser al femtosecondo, eccitando gli elettroni che rilassano in tempi caratteristici dell’ordine del picosecondo scambiando energia con i fononi del cristallo.

 

Fluttuazioni in gas e plasma

La teoria cinetica delle fluttuazioni descrive i processi fondamentali responsabili della dinamica dei plasmi e fornisce espressioni per la densità spettrale delle fluttuazioni di diverse grandezze in funzione della funzione di distribuzione media. Questo risultato della teoria costituisce la base per lo sviluppo di un certo numero di metodi diagnostici con applicazione a plasmi presenti in diversi contesti. La teoria fornisce soluzioni esatte solo nel regime dei plasmi ideali completamente ionizzati (plasmi non collisionali) mentre in altri regimi solo metodi approssimati sono disponibili. La simulazione numerica, invece, basata su metodi di Dinamica Molecolare, permette lo studio delle fluttuazioni di plasma in regimi non accessibili alla trattazione analitica.

Facilities & Labs

HPC Cluster and Services @ Bari

People

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Domenico

Bruno

Ricercatore CNR

gcolonnaGianpiero

Colonna

Ricercatore CNR

alaricchiutaAnnarita

Laricchiuta

Ricercatore CNR

mcapitelliMario

Capitelli

Associato Professore

ldpietanza

Lucia Daniela

Pietanza

Ricercatore CNR

savino_longo

Savino

Longo

Associato Professore

adangolaAntonio

D’Angola

Associato Professore

Publications

  1. D. Bruno, A. Frezzotti, G.P. Ghiroldi, Oxygen transport properties estimation by classical trajectory–direct simulation Monte Carlo, Phys. Fluids 27 057101 (2015). DOI: 10.1063/1.4921157.
  2. V. Laporta, D. Bruno, Electron-vibration energy-exchange models in nitrogen-containing plasma flows, J. Chem. Phys. 138 104319 (2013). DOI: 10.1063/1.4794690.
  3. D. Bruno, F. Esposito, V. Giovangigli, Relaxation of rotational-vibrational energy and volume viscosity in H-H2 mixtures, J. Chem. Phys. 138 084302 (2013). DOI: 10.1063/1.4792148.
  4. M. Tuttafesta, A. D’Angola, A. Laricchiuta, P. Minelli, M. Capitelli, G. Colonna, GPU and Multi-core based Reaction Ensemble Monte Carlo method for non-ideal thermodynamic systems, Computer Physics Communications, 185, 540–549, (2014); doi: 10.1016/j.cpc.2013.10.017
  5. G. Colonna, A. D’Angola, A. Laricchiuta, D. Bruno, M. Capitelli, Analytical Expressions of Thermodynamic and Transport Properties of the Martian Atmosphere in a Wide Temperature and Pressure Range, Plasma Chemistry and Plasma Processing, 33, 401–431, (2013); doi: 10.1007/s11090-012-9418-4
  6. G. D’Ammando, G. Colonna, M. Capitelli, A simplified approach to calculate atomic partition functions in plasmas, Physics of Plasmas, 20, 032108, (2013); doi: 10.1063/1.4794286
  7. A. V. Kosarim, B. M. Smirnov, A. Laricchiuta, M. Capitelli, Resonant charge-exchange involving excited helium atoms and reactive transport of local thermodynamic equilibrium helium plasma, Physics of Plasmas, 19, 062309, (2012); doi: 10.1063/1.4729727
  8. D. Bruno, G. Colonna, A. Laricchiuta and M. Capitelli, Reactive and internal contributions to the thermal conductivity of local thermodynamic equilibrium nitrogen plasma: The effect of electronically excited states, Physics of Plasmas, 19, 122309, (2012); doi:10.1063/1.4771689
  9. A. D’Angola, G. Colonna, A. Bonomo, D. Bruno, A. Laricchiuta, M. Capitelli, A phenomenological approach for the transport properties of air plasmas, The European Physical Journal D, 66, 205, (2012); doi: 10.1140/epjd/e2012-30147-8
  10. M. Capitelli, G. Colonna, G. D’Ammando, R. Gaudiuso, L. D. Pietanza, Physical Processes in Optical Emission Spectroscopy, Chapter in Laser-Induced Breakdown Spectroscopy in the series Springer Series in Optical Sciences, vol. 182, 31-57, (2014); doi: 10.1007/978-3-642-45085-3_2

Latest News

Scholar-in-Training Award dell'AACR a Marta Cavo

Lecce, 15/01/2020
Marta Cavo, giovane assegnista di ricerca ERC all'istituto di Nanotecnologia del CNR di Lecce, si è aggiudicata lo “Scholar-in-Training Award” (USD $625) dell'American Association for Cancer Research (AACR). La selezione premia la sua partecipazione alla conferenza internazionale "The Evolving Landscape of Cancer Modeling”, organizzata dall'American Association for Cancer Research (AACR), che si terrà nei giorni 2-5 Marzo 2020 a San Diego, California, dove presenterà il lavoro  “Quantifying stroma-tumor cell interactions in three-dimensional cell culture systems” . Link al convegno: https://www.aacr.org/Meetings/Pages/MeetingDetail.aspx?EventItemID=198&DetailItemID=975

Link alla descrizione del premio: https://www.aacr.org/Meetings/PAGES/TRAVEL%20GRANTS/AACR-SCHOLAR-IN-TRAINING-AWARDS-OTHER-CONFERENCES-AND-MEETINGS___36A82A.ASPX#.U9p4raPg_j5

I° meeting TecnoMed Puglia

Lecce, 05 dicembre 2019 - Aula Rita Levi Montalcini - CNR NANOTEC Lecce

Si terrà domani, giovedì 05 dicembre, con inizio alle ore 14.00 presso l'aula Rita Levi Montalcini del Cnr Nanotec, il "I° meeting TecnoMed Puglia: Tecnopolo per la medicina di precisione". Il meeting mira a fare il punto sulle attività programmate, sullo stato di avanzamento e sugli highlights.

Puoi scaricare la locandina da qui

Jam session Nanotec... note di scienza su scala nanometrica

Lecce, 27 settembre 2019 - ex monastero degli Olivetani   "CAR-T: l'alba di una nuova era" con: Attilio Guarini (IRCCS Istituto Tumori “Giovanni Paolo II” di Bari) introduce e modera: Marco Ferrazzoli (Ufficio Stampa CNR Roma) a cura di: Gabriella Zammillo  

Le CAR-T (Chimeric Antigens Receptor Cells-T) sono cellule modificate in laboratorio a partire dai linfociti T. Rappresentano una nuova strategia di cura che sfrutta il sistema immunitario per combattere alcuni tipi di tumore come linfomi aggressivi a grandi cellule e leucemie linfoblastiche acute a cellule B. Il prof Attilio Guarini, ematologo all’Istituto tumori Giovanni Paolo II di Bari, le definisce la “vis sanatrix naturae della antica medicina salernitana”, trattandosi del potenziamento dell’attività citotossica dei linfociti del paziente opportunamente ingegnerizzati per riconoscere e contrastare alcuni tipi di cellule tumorali.

 

Le CAR-T possono quindi essere definite un “farmaco vivente” proprio perché prodotto a partire dalle cellule dello stesso paziente aprendo così ad un nuovo mondo, considerato che i farmaci convenzionali sono prodotti da sostanze chimiche o, in alternativa, sono anticorpi prodotti in laboratorio dai biologi. Un trattamento estremamente complesso e costoso, non sempre applicabile, ma laddove possibile, dai risultati incoraggianti per le aspettative di vita. Lo sviluppo di nuove tecnologie per la produzione di CAR-T è parte integrante delle attività di ricerca condotte dal TecnoMed Puglia, il TecnoPolo per la Medicina di Precisione, coordinato da Giuseppe Gigli direttore del Cnr Nanotec di Lecce, e che nel suo nucleo fondatore vede anche l’IRCCS Istituto Tumori “Giovanni Paolo II” di Bari, il Centro di malattie neurodegenerative e dell’invecchiamento cerebrale dell’Università di Bari con sede presso l’Ospedale " G. Panico" di Tricase e la Regione Puglia.

 

L'evento apre la nuova stagione della rassegna divulgativa "Jam session Nanotec: note di scienza su scala nanometrica", un progetto Cnr Nanotec di Gabriella Zammillo, realizzato in collaborazione con Liberrima.

A condurre e moderare la serata, Marco Ferrazzoli, capo ufficio stampa dal CNR.   Puoi scaricare la locandina da qui