Nuova tecnica per alleggerire la protezione dalle radiazioni per i veicoli spaziali: la ruggine

Una delle maggiori sfide per il lavoro e la vita nello spazio è la minaccia rappresentata dalle radiazioni. Oltre ai raggi solari e ai raggi cosmici, che sono pericolosi per la salute degli astronauti, vi sono anche radiazioni ionizzanti che minacciano le apparecchiature elettroniche. Ciò richiede che tutti i veicoli spaziali, i satelliti e le stazioni spaziali che vengono inviati in orbita, siano schermati utilizzando materiali che spesso sono piuttosto pesanti e/o costosi.
Per trovare una valida alternativa agli alti costi e alla pesantezza dei materiali, un team di ingegneri ha messo a punto una nuova tecnica per la produzione di schermature contro le radiazioni. Sarebbe una soluzione più leggera e più economica rispetto ai metodi esistenti. L’ingrediente segreto, secondo la loro ricerca recentemente pubblicata, sono gli ossidi di metallo, cioè la comunissima ruggine. Questo nuovo metodo potrebbe avere numerose applicazioni e portare ad un calo significativo dei costi associati ai lanci spaziali e al volo spaziale.
Lo studio è stato condotto da Michael DeVanzo, un ingegnere senior presso Lockheed Martin Space, e Robert B.Hayes, professore associato di ingegneria nucleare presso la North Carolina State University.
In parole semplici, la radiazione ionizzante deposita energia sugli atomi e sulle molecole con cui interagisce, causando la perdita di elettroni e la produzione di ioni. Sulla Terra, questo tipo di radiazione non è un problema, grazie al campo magnetico protettivo della Terra stessa e all’atmosfera densa. Nello spazio, invece, le radiazioni ionizzanti sono molto comuni e provengono da tre fonti: raggi cosmici galattici (GCR), particelle emesse dai flares solari e cinture di radiazione terrestri (Van Allen).
Per proteggersi da questo tipo di radiazioni, le agenzie spaziali e i produttori aerospaziali commerciali in genere racchiudono le apparecchiature elettroniche più sensibili in scatole di metallo. Se da un lato i metalli come il piombo o l’uranio impoverito offrono la massima protezione, dall’altro questo tipo di schermatura aggiunge una notevole quantità di peso a un veicolo spaziale.
Ecco perché si preferisce usare scatole di alluminio, poiché si ritiene che forniscano il miglior compromesso tra il peso di uno scudo e la protezione che viene fornita.
Come ha spiegato il prof. Hayes, insieme a DeVanzo ha cercato di studiare materiali che potessero fornire una migliore protezione e ridurre ulteriormente il peso complessivo dei veicoli spaziali: “Il nostro approccio può essere utilizzato per mantenere lo stesso livello di radioprotezione e ridurre il peso del 30% o poco più, oppure è possibile mantenere lo stesso peso e migliorare la schermatura del 30% circa, rispetto alle tecniche di schermatura più utilizzate. In entrambi i casi, il nostro approccio riduce il volume di spazio occupato dalla schermatura“.
La tecnica che Hayes e DeVanzo hanno sviluppato, si basa sulla miscelazione di metallo ossidato in polvere (la ruggine) in un polimero e quindi sull’integrazione in un rivestimento che viene quindi applicato alle apparecchiature elettroniche. Rispetto alle polveri metalliche, gli ossidi metallici offrono meno schermatura ma sono anche meno tossici e non creano dei problemi elettromagnetici che potrebbero interferire con i circuiti elettronici di un veicolo spaziale.
Come ha spiegato DeVanzo: “I calcoli del trasporto di radiazioni mostrano che l’inclusione della polvere di ossido di metallo fornisce una schermatura paragonabile a una schermatura convenzionale. A basse energie, la polvere di ossido di metallo riduce la radiazione gamma verso l’elettronica di un fattore 300 e il danno da radiazione di neutroni del 225%“.
“Allo stesso tempo, il rivestimento è meno voluminoso di una scatola di schermatura“, ha aggiunto Hayes. “E nelle simulazioni computazionali, le peggiori prestazioni del rivestimento di ossido assorbivano ancora il 30% in più di radiazioni rispetto a uno schermo convenzionale dello stesso peso. Inoltre, il particolato di ossido è molto meno costoso della stessa quantità di metallo puro“.
Oltre a ridurre il peso e il costo dell’elettronica spaziale, questo nuovo metodo potrebbe potenzialmente ridurre la necessità di schermature convenzionali nelle missioni spaziali.
Guardando al futuro, DeVanzo e Hayes continueranno a mettere a punto e testare la loro tecnica di schermatura per varie applicazioni e sono alla ricerca di partner del settore che li aiutino a sviluppare la tecnologia per uso industriale.
FONTE: Universe Today