I fulmini sono una delle cause principali degli incendi, compresi gli incendi da record che hanno devastato l’Australia, la California e altre regioni quest’anno. Un team di ricerca internazionale ha dimostrato un metodo che potrebbe controllare efficacemente dove colpisce il fulmine, utilizzando microparticelle di grafene intrappolate in un “raggio traente“.
Un fulmine può diventare più caldo della superficie del Sole, quindi non sorprende che quando colpiscono erba secca, arbusti o alberi, possano innescare incendi. Unisci questo al fatto che il cambiamento climatico sta riducendo le precipitazioni in aree già soggette a incendi, aumentando potenzialmente l’intensità dei temporali, ed hai una ricetta pericolosa. La devastazione di quest’anno potrebbe diventare un evento frequentemente preoccupante.
Ma cosa succederebbe se avessimo un dispositivo portatile che può essere portato sul luogo di una tempesta e configurato per guidare i fulmini lontano da pericoli di incendio o edifici vulnerabili?
Una svolta del genere potrebbe essere un passo più vicino alla realtà, grazie ad un nuovo studio condotto da ricercatori dell’Australian National University, dell’Università del New South Wales, del Texas A&M e della University of California, Los Angeles. Il team ha dimostrato il concetto in un laboratorio, ricreando prima le condizioni di tempesta utilizzando due piastre parallele cariche separate da un piccolo spazio d’aria.
Normalmente, scosse di elettricità saltano tra le piastre a caso, imitando i fulmini, ma utilizzando una fisica intelligente, i ricercatori sono stati in grado di controllare dove viaggiavano i bulloni. “Avevamo una configurazione relativamente semplice”, dice a New Atlas Andrey Miroshnichenko, coautore dello studio.
“Erano solo due piastre conduttrici, che sono state caricate. E poi abbiamo introdotto particelle calde all’interno di un raggio traente, che induce lo scarico tra due piastre. Ha dimostrato che possiamo controllare dove e quando dovrebbe avvenire la scarica, tra le due piastre in condizioni di laboratorio”.
In natura, il fulmine è essenzialmente elettricità che cerca il percorso più conduttivo per completare un circuito da nuvola a nuvola o da nuvola a terra. Per noi osservatori casuali, quel percorso appare spesso casuale mentre i bulloni si incrociano e si biforcano nel cielo, ma stanno seguendo canali molto specifici di gas ionizzato, che sono più conduttivi dell’aria intorno a loro.
In teoria quindi, potresti aiutare a guidare dove colpisce il fulmine dandogli un percorso molto conduttivo da seguire. Ed è qui che entrano in gioco le microparticelle di grafene. Con la sua leggerezza, resistenza ed eccellente conduttività termica ed elettrica, una catena di particelle di grafene può creare il percorso perfetto.
“Abbiamo introdotto particelle calde di grafene tra (le piastre) e per farlo abbiamo utilizzato quello che è stato chiamato un raggio traente”, ci dice Miroshnichenko. “Un raggio traente è un raggio laser a nucleo cavo e le particelle sono state intrappolate all’interno. Ed è così che abbiamo distribuito le particelle nello spazio tra le piastre “.
Questo tipo di raggio traente non catturerà presto le astronavi, ma è stato dimostrato che funziona sulle particelle da circa un decennio. Essenzialmente, le particelle sono intrappolate al centro del raggio laser cavo, perché ogni volta che vanno alla deriva nella luce, una piccola spinta nota come forza fotoforetica, le spinge indietro nel centro più scuro.
L’energia del laser spinge anche le particelle in avanti e le riscalda. Quando si riscaldano abbastanza, ionizzano l’aria intorno a loro, creando un percorso lungo il raggio laser che è più conduttivo, quindi è quasi irresistibile per i fulmini. In parole povere, ovunque si punti questo raggio traente, è molto più probabile che i fulmini colpiscano.
Sebbene il grafene fosse un comodo soggetto di prova, potrebbe non essere necessario. Miroshnichenko afferma che alla fine il raggio traente potrebbe essere fatto per intrappolare e riscaldare tutte le particelle a portata di mano, comprese potenzialmente quelle già nell’aria.
Un altro vantaggio del nuovo sistema è che può essere realizzato con laser a potenza relativamente bassa, operanti sulla scala dei milliwatt. Altre squadre hanno provato a ionizzare direttamente i gas utilizzando impulsi di laser ad alta potenza, ma questa tecnica non è così efficiente e non può propagarsi fino al raggio traente.
Miroshnichenko afferma che il sistema dovrebbe essere relativamente semplice da scalare. La tecnologia è già disponibile e spera di completare i test sul campo entro i prossimi tre o quattro anni. In definitiva, disporre di macchine che controllano efficacemente i punti in cui i fulmini potrebbero essere inestimabili per ridurre gli incendi e gli enormi danni ambientali e alle proprietà e la perdita di vite umane che subiscono.
Tuttavia, ci sono ancora grandi ostacoli da superare. In questa fase, l’esperimento consisteva nell’indurre la scarica e incanalarla verso un punto desiderato. Il fulmine naturale è ovviamente molto più potente delle scintille tra due piccoli piatti, e il team non ha ancora la tecnologia per affrontare quell’energia. Dovrebbe essere dissipato nel terreno come funziona un parafulmine, ma farlo in sicurezza è la sua sfida.
Nel frattempo, la tecnologia su scala di laboratorio potrebbe anche trovare applicazioni nella produzione come la saldatura, o in medicina come una sorta di bisturi ottico per rimuovere il tessuto canceroso.