Osservato effetto Cherenkov durante un test di fusione nucleare

La SHINE Technologies, azienda che lavora sullo sviluppo della fusione nucleare, con sede a Janesville, nel Wisconsin, ha ottenuto una prova visibile dell’efficacia del suo procedimento per ottenere la fusione nucleare. Questa prova si è circonstanziata nell’emissione di radiazioni visibili sotto forma di luce blu come sottoprodotto.

L’azienda ha affermato tramite un comunicato stampa  che questo è il primo caso in cui ciò è stato raggiunto per la fusione nucleare.

Con il mondo alla ricerca di modi più puliti per soddisfare le proprie esigenze energetiche, l’energia nucleare sta guadagnando il favore generale come fonte di energia a basse emissioni di carbonio. Le aziende si concentrano sullo sfruttamento dell’energia ottenuta dalla fusione nucleare anche perché questo tipo di reazione non solleva preoccupazioni per le scorie nucleari.

Le sfide per ottenere energia dalla fusione nucleare sono ancora numerose poiché i ricercatori cercano modi per contenere il plasma utilizzato per generare energia e ottenere rendimenti più elevati rispetto all’energia immessa nella reazione di fusione. SHINE ha adottato un approccio multidisciplinare alla fusione nucleare mentre cerca di applicare la tecnologia in applicazioni industriali e mediche per affrontare il problema della generazione di energia.

Prova visibile della fusione nucleare

L’approccio di SHINE per raggiungere il Santo Graal della fusione nucleare include l’utilizzo dei sistemi per applicazioni più piccole, come l’ispezione di componenti industriali. All’inizio di aprile, l’azienda ha iniziato a offrirlo come servizio per applicazioni aerospaziali e di difesa.

La camera bersaglio del sistema di fusione è sommersa dall’acqua nel campus principale dell’azienda ed è stato qui che il team ha osservato un bagliore blu durante la reazione. Gli scienziati nucleari si riferiscono a questo bagliore come radiazione Cherenkov in onore del premio Nobel Pavel Cherenkov, che è stato il primo a dimostrare e spiegare questo bagliore.

Quando le particelle viaggiano più veloci della luce

La radiazione Cherenkov si osserva quando le particelle si muovono più velocemente della velocità della luce in un mezzo specifico come l’acqua. Questo potrebbe sembrare fondamentalmente sbagliato poiché nulla di ciò che sappiamo viaggia più veloce della luce nel vuoto. Tuttavia, la luce rallenta nell’acqua, viaggiando a circa il 75 percento della sua velocità normale, mentre altre particelle continuano a muoversi a velocità più elevate.

Queste particelle disturbano l’equilibrio degli atomi del mezzo, che quindi rilasciano fotoni per riacquistarlo, una sorta di onda d’urto simile al boom sonico che si verifica quando gli oggetti viaggiano più velocemente del suono. Questi fotoni hanno alte frequenze e basse lunghezze d’onda e sono percepiti come blu dall’occhio umano.

Nel caso della fusione nucleare, il bagliore si crea dopo che un atomo di idrogeno assorbe un neutrone ed emette un raggio gamma ad alta energia, che poi colpisce un elettrone e lo accelera quasi alla velocità della luce.

Storicamente, le reazioni di fusione sono state rilevate con strumenti sofisticati. Tuttavia, in questa occasione, si sono avute prove visibili della fusione in corso. “Con un miliardo di fusioni al secondo, potresti avere radiazioni Cherenkov misurabili ma non quantità visibili“, ha dichiarato Gerald Kulcinski, professore di ingegneria nucleare presso l’Università del Wisconsin-Madison, nel comunicato stampa. “L’effetto della radiazione Cherenkov prodotto in questo caso era abbastanza luminoso da essere visibile, il che significa che si stavano ottenendo circa 50 trilioni di fusioni al secondo“.

La fusione ha da tempo catturato l’immaginazione degli scienziati e del pubblico“, ha affermato Greg Piefer, fondatore e CEO di SHINE. “Essere in grado di mostrare prove visive della fusione è davvero fantastico“.

L’effetto Cherenkov

L’effetto Čerenkov consiste nell’emissione di radiazione elettromagnetica da parte di un materiale le cui molecole sono polarizzate da una particella carica in moto che lo attraversa. L’effetto Čerenkov si manifesta solo quando la velocità della particella nel mezzo attraversato risulta superiore alla velocità di fase della luce nello stesso mezzo. Più in generale si parla di radiazione Čerenkov, quando il mezzo attraversato non è “trasparente” alla luce visibile.

La radiazione Čerenkov è impiegata soprattutto negli esperimenti scientifici riguardanti la rivelazione di particelle di origine spaziale, e in particolare è stata utilizzata nello studio del neutrino e per la scoperta dell’antiprotone. Nei reattori nucleari a immersione l’intensità della radiazione è correlata alla frequenza degli eventi di fissione, ed è quindi indicativa del livello di attività del reattore. Allo stesso modo viene usata per valutare la radioattività residua presente nelle barre di combustibile esauste.

Quando i raggi cosmici colpiscono l’atmosfera si può avere la produzione di coppie di elettroni e positroni ad alta velocità. La radiazione Čerenkov generata da queste particelle è usata per determinare la direzione e l’intensità della sorgente dei raggi cosmici causa dell’evento, attraverso i cosiddetti telescopi Čerenkov. Questa tecnica, denominata in inglese Imaging Atmospheric Cherenkov Technique (IACT), è impiegata in esperimenti quali H.E.S.S. e MAGIC. Lo stesso principio è sfruttato nei rivelatori di neutrini come il Super-Kamiokande. L’effetto Čerenkov è sfruttato anche dall’Osservatorio IceCube sito al Polo Sud.

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