¿Se puede convertir el plasma en sólido, líquido o gas?

El plasma es el cuarto estado de la materia aunque si hablamos de cantidad es el primero porque el universo contiene mucho más plasma que cualquiera de los otros tres estados. El estado más cercano al plasma es el gas; cuando uno tiene un gas puede calentarlo hasta que electrones e iones se separen (a eso se llama ionización) y entonces se convierte en plasma, y al revés, si tienes plasma y lo enfrías se convierte en gas. Así que, respondiendo a tu pregunta, esa transición no solo es posible sino que así es como logramos tener plasma en la Tierra. En cuanto a pasar directamente de plasma a líquido o sólido, puede ocurrir en circunstancias muy especiales. Lo que sí se puede es pasar de plasma a gas y de este a líquido y sólido.

Por ejemplo, el Sol y muchas estrellas, y el medio interestelar, son plasmas. Podemos teorizar, si el Sol se enfriara suficientemente se convertiría en gas helio y si ese helio lo lleváramos a tres grados sobre el 0 absoluto se convertiría en helio líquido. Pero las distancias de temperatura son tan enormes que no es algo que se haga.

El plasma es el estado más desconocido para la mayoría de las personas pero eso es así solo porque no existe fácilmente en la Tierra. Al contrario de lo que ocurre en el resto del universo, en nuestro planeta el estado de plasma casi no existe, generalmente lo creamos mediante tecnología. Y esa es la razón de que a la mayoría de nosotros en el colegio solo nos dijeron que los estados de la materia podían ser tres: sólido, líquido y gaseoso que son los que los seres humanos podemos percibir en el día a día. Pero aunque es muy infrecuente sí podemos ver plasma desde la Tierra, por ejemplo las auroras boreales son un fenómeno natural debido a plasmas. El viento solar está formado por partículas cargadas de muy alta energía que forman un plasma difuso. Cuando ésas partículas chocan con la atmósfera la ionizan, y se produce el bello espectáculo de la aurora boreal.

Para fabricar plasmas en la Tierra generalmente hacen falta temperaturas o campos eléctricos altos y un vacío también muy alto. Necesitas un contenedor en el que se pone el poquito del gas que se quiere convertir en plasma. Una de las características del plasma es que tiene una densidad muy baja: necesitas tener muy pocas partículas y calentarlas mucho para que se separen los electrones y los iones. Como decía, el plasma tiene muy poca densidad pero para seguir siendo plasma se necesita que esas pocas partículas se mantengan juntas, fuera de la Tierra eso lo consiguen la gravedad o los campos magnéticos naturales. Ambos son demasiado débiles en la Tierra, así que aquí, cuando producimos plasma, debemos usar campos magnéticos muy fuertes que mantienen esas partículas próximas entre sí y sin que, por ejemplo, toquen las paredes del contenedor porque entonces se enfriarían y volverían a ser gas. Se dice de ésos plasmas que están confinados magnéticamente. También hay confinamiento inercial, producido con láseres.

El plasma es el estado más desconocido para la mayoría de las personas pero eso es así solo porque no existe fácilmente en la Tierra

Aunque el plasma tenga una temperatura muy alta, no te quemas porque hay tan pocas partículas que la cantidad de calor es pequeña. Y aunque no puedes tocarlo sí puedes verlo, por ejemplo un plasma de hidrógeno a 10.000 grados emite luz de color rosa. Otra característica de los plasmas es que son difíciles de mantener calientes porque pierden energía muy deprisa. Por ejemplo, en el Sol lo que provoca la alta temperatura del plasma son las reacciones nucleares de fusión, en las que se crea helio a partir de hidrógeno, y se libera energía. La fuerza de la gravedad en el Sol es muy fuerte, tira del plasma hacia el centro, e impide que se disipe. Y aun así, el Sol acabará enfriándose, ya que pierde calor por radiación.

El plasma se usa, por ejemplo, para producir tubos fluorescentes, en esos tubos hay un gas que con el paso de la electricidad se ioniza y se convierte en un plasma que emite luz; para fabricar algunas pantallas de televisión y también se usan mezclas de plasma y gas (plasmas parcialmente ionizados, también llamados plasmas fríos). Otro uso terrestre de plasmas, estos mucho más calientes, es el intento de producir energía eléctrica mediante fusión nuclear, en lo que yo misma trabajo y que cuenta con varios grupos de investigación en España.

Emilia Rodríguez-Solano es doctora en Ciencias Físicas. Investigadora del Laboratorio Nacional de Fusión (CIEMAT)

Pregunta realizada vía email por Francisco Estupiñán Bravo.

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