Un giorno si potranno evitare i danni prodotti dalle scariche elettriche associate ai temporali deviandone il percorso con speciali laser
di Jean-Claude Diels, Ralph Bernstein, Karl E. Stahlkopf e Xin Miao Zhao
ESTRATTO
A partire dalla fine degli anni settanta, ricercatori della State University of New York ad Albany stabilirono una piccola rete di antenne direzionali con lo scopo di localizzare scariche elettriche da nube a suolo in un’area limitata dello Stato di New York. Per tutti gli anni ottanta questa rete di rivelatori specializzati è stata a poco a poco ampliata includendo altri Stati, e dal 1991 (anno in cui è iniziato il funzionamento commerciale) è in grado di individuare la comparsa di fulmini in ogni zona degli Stati Uniti. 

Denominata National Lightning Detection Network, questa vasta rete consiste di circa 100 stazioni che tengono sotto controllo i fulmini individuando il momento esatto e la direzione degli impulsi di energia elettromagnetica prodotti da queste scariche. Le stazioni trasmettono i loro dati, tramite satelliti per telecomunicazioni, a un centro di controllo situato a Tucson, in Arizona, dove un calcolatore elabora le informazioni e diffonde continuamente rapporti sull’attività dei fulmini. Questo servizio è sfruttato da centinaia di utenti, fra cui diverse società di produzione di energia elettrica, linee aeree e persino lo US Strategie Air Command. Le compagnie produttrici di elettricità, per esempio, sono riuscite a risparmiare oltre mezzo milione di dollari all’anno utilizzando queste informazioni per inviare rapidamente gli addetti alle riparazioni in siti che potrebbero essere colpiti a breve scadenza o dove un fulmine ha appena danneggiato la linea. Ma i responsabili di installazioni particolarmente esposte a rischi – fra cui le centrali nucleari e le stazioni di distribuzione di energia elettrica – vorrebbero disporre di metodi ancora più avanzati per ridurre la minaccia dei fulmini. 


 
Fra i tentativi di soddisfare questa necessità si inquadrano le ricerche condotte in un laboratorio davvero unico, situato presso Starke, in Florida. Nel 1993 due di noi (Bernstein e Stahlkopf), insieme con altri membri dell’Electric Power Research Institute di Palo Alto, in California, hanno concluso un accordo con la Power Technologies di Schenectady (New York) per costruire uno speciale impianto presso l’installazione di Camp Blanding della Florida National Guard, allo scopo di valutare la suscettibilità di varie strutture sotterranee e aeree ai danni prodotti dai fulmini. Anziché attendere una scarica casuale, i ricercatori che lavorano in questo sito (attualmente gestito dall’Università della Florida) possono indurre i fulmini utilizzando piccoli razzi che trascinano un sottile cavo collegato a terra. Contrariamente a queste scariche artificiali, un fulmine naturale ha inizio con una fase di precursore a malapena visibile, che si propaga dalla nube verso il suolo «a scatti», sottraendo elettroni alle molecole dei gas atmosferici e creando un canale di aria ionizzata che funge da conduttore. Immediatamente dopo che il precursore ha colpito il suolo, si verifica la luminosa e violenta «fase di ritorno». Come accade per la fase di precursore, quella di ritorno, che trasporta una corrente variabile da alcune migliaia di ampere fino a 300 000 ampere (per avere un’idea della portata del fenomeno si consideri che i cavi elettrici domestici non trasportano mai più di qualche decina di ampere), è alimentata dall’enorme differenza di potenziale (centinaia di milioni di volt) fra il suolo e le sovrastanti nubi temporalesche. Questo lampo accecante si propaga a una velocità che può arrivare quasi a metà di quella della luce, e l’intensissima corrente elettrica trasportata può distruggere facilmente un oggetto posto sul suo cammino…..

Così come i razzi che trascinano cavi ‘. collegati a terra rappresentano una versione moderna dell’esperimento di Franklin, riteniamo che nel prossimo futuro fasci laser possano fungere da parafulmini ad alta tecnologia, in grado di deviare i fulmini da siti critici, dove potrebbero procurare danni particolarmente gravi. Già qualche decina di anni fa, alcuni pionieri immaginarono di utilizzare i laser per creare un canale di aria ionizzata capace di condurre corrente. …..Se le ricerche nostre o di altri verranno un giorno coronate dal successo, la tecnica del controllo dei fulmini con fasci laser potrà avere un campo di applicazioni molto vasto. In futuro apparecchi laser potranno essere puntati verso il cielo….

….La deviazione dei fulmini con tecniche laser potrebbe essere compiuta in vari modi. In un primo momento si era pensato che un potente laser infrarosso fosse in grado di produrre un canale conduttore nell’atmosfera, ma questi fasci ionizzano completamente l’aria sul loro cammino, rendendola opaca e facendo sì che essa diffonda la luce (a). Ricercatori giapponesi stanno sperimentando fasci multipli che vengono focalizzati per mezzo di una serie di specchi in modo da formare una fila di «tasche» ionizzate, il cui compito sarebbe quello di incanalare il fulmine (b). Il metodo degli autori si basa su una coppia di laser, che emettono rispettivamente fasci di luce ultravioletta e visibile (diretti verso l’alto con un solo specchio), i quali dovrebbero formare un canale di ionizzazione rettilineo per la scarica del fulmine (e). Barre collegate a terra intercetterebbero il lampo risultante, proteggendo lo specchio e l’apparecchiatura laser. In alternativa, si potrebbe far sì che il fascio proiettato verso il cielo sfiori un alto pennone collegato a terra. ….

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Raggi laser in grado di stimolare la produzione di fulmini e ‘consigliarne’ la traiettoria fino al bersaglio

E se friggessimo gli obiettivi militari invece di bombardarli? Degli studi su questo tipo di idee con un prototipo per questo nuovo tipo di arma sono a buon punto. In America alcuni Scienziati ed Ingegneri del Picatinny Arsenal sono infatti al lavoro per la creazione di un congegno per la produzione di raggi laser che siano in grado di stimolare la produzione di fulmini e ‘consigliarne’ la traiettoria fino al bersaglio.

I principi della fisica alla base di questa nuova tecnologia sono ben noti da tempo. Ad esempio si sa che un raggio laser debole e breve è più potente di uno carico di energia luminosa e più persistente nel tempo. Il primo viaggiando anche più velocemente sarebbe in grado di realizzare intorno sè del plasma, con minore resistenza dell’aria, definendo una traiettoria che i fulmini utilizzerebbero per il loro percorso (LIPC) nel loro procedere oltre lo stesso bersaglio e fino a suolo. Ma, una volta che il fulmine colpisce il bersaglio avverrebbe l’esplosione che arresterebbe il fenomeno fisico di conduzione elettrica fino a terra.

Sembra facile ma le difficoltà rimangono circa la gestione di un’energia necessaria al laser e altri problemi che implicano la sincronizzazione dell’attività del laser con l’alta tensione in ballo, nonché l’ irrobustimento del dispositivo al fine di poter operare in condizioni ambientali estreme sul campo, infine l’alimentazione dell’apparato per un discreto periodo di tempo.
Nell’ultima settimana del gennaio 2012 i collaudi erano stati interessanti, – ha detto Tom Shadis, coordinatore del piano in un articolo apparso di www.army.mil – i lavori avrebbero avuto una pianificazione di test ben congegnata, mentre i gruppi ARDEC (Centro di Ricerca, Sviluppo e Tecnologia dell’Esercito) avrebbero collaborato con dei privati per portare a termine il progetto in tempi ragionevoli. Antonio Conte

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FIRENZE 1 AGOSTO 2015


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