Il ciclotrone da 88 pollici è progettato per accelerare ioni e esplorare il nucleo atomico. Tuttavia, la sua applicazione va ben oltre la fisica fondamentale. Grazie alla capacità di emettere fasci di particelle cariche con energie e composizioni variabili, questo strumento è diventato un banco di prova indispensabile per l’elettronica, i materiali e gli isotopi medici. Le sue applicazioni spaziano dall’energia alla medicina, passando per l’industria aerospaziale e la difesa.

Satelliti più resistenti grazie ai test sui componenti elettronici

Presso la Berkeley Accelerator Space Effects (BASE) Facility, il ciclotrone simula anni di esposizione alle radiazioni spaziali in poche ore. Questo processo consente di testare componenti elettronici, come microchip e circuiti stampati, per garantire la loro resistenza in ambienti estremi. Dal 1979, ogni generazione di GPS è stata sottoposta a questi test, assicurando che sistemi vitali per la navigazione, le emergenze e la logistica funzionino senza intoppi.

Materiali più robusti per l’energia da fusione

La fusione nucleare promette una fonte di energia quasi illimitata, ma costruire una centrale a fusione richiede materiali in grado di resistere a condizioni estreme. Utilizzando un fascio intenso di neutroni ad alta energia prodotto dal ciclotrone, i ricercatori testano materiali destinati a macchine per la fusione, come ottiche per laser, materiali strutturali e fili superconduttori per magneti. Questi test realistici aiutano a progettare attrezzature più resilienti e ad affrontare le sfide ingegneristiche associate alla fusione.

Preparazione dei razzi per condizioni estreme

Veicoli di lancio come Atlas, Delta e Falcon hanno testato le loro elettroniche presso la BASE Facility per prepararsi a condizioni estreme. Componenti prototipo vengono sottoposti a prove rigorose che rivelano vulnerabilità nel design e consentono miglioramenti cruciali prima del lancio. L’impatto anche di una singola particella ad alta energia può interrompere o disabilitare un microchip non protetto. Si stima che oltre il 90% delle navette spaziali statunitensi abbia testato almeno alcune delle loro elettroniche presso il ciclotrone da 88 pollici. Terapie contro il cancro più accessibili

L’actinio-225 è un isotopo promettente per i trattamenti mirati contro il cancro, ma è notoriamente difficile da produrre. Con l’ausilio del fascio di neutroni del ciclotrone, i ricercatori hanno sviluppato un metodo più efficiente per produrre questo isotopo. Hanno anche progettato e testato un’apparecchiatura che l’industria può licenziare e abbinare alla tecnica per produrre actinio-225 in quantità molto maggiori, potenzialmente migliaia di dosi a settimana. Inoltre, gli esperti della struttura studiano i modi ottimali per produrre altri isotopi medici utilizzati in PET scans, diagnostica e potenziali trattamenti.

Potenziamento delle missioni spaziali

Presso la BASE Facility, i ricercatori possono regolare il fascio di particelle e adattare il “cocktail” di ioni e energie per simulare diverse condizioni di radiazione che si potrebbero trovare in bassa orbita terrestre, nello spazio profondo o sulla superficie di un altro pianeta. Questa adattabilità aiuta le agenzie spaziali come NASA, l’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e l’Agenzia di Esplorazione Aerospaziale Giapponese (JAXA) a valutare le loro attrezzature nel modo più preciso possibile. Il ciclotrone da 88 pollici ha testato elettroniche per numerose missioni di alto profilo, tra cui diversi rover su Marte, la missione New Horizons verso Plutone e il telescopio spaziale James Webb.

Sicurezza degli astronauti e delle missioni

Quando gli astronauti si avventurano nello spazio, le scommesse sono ancora più alte. Il ciclotrone da 88 pollici ha supportato gli sforzi di volo spaziale umano per decenni, testando le elettroniche per lo Space Shuttle, la Stazione Spaziale Internazionale e le tute spaziali. Recentemente, è stato utilizzato per valutare le elettroniche nell’ultima generazione di unità di mobilità extraveicolare, tute spaziali progettate per il programma Artemis della NASA e le future missioni sulla Luna e su Marte. Questi test aiutano gli ingegneri a identificare come le radiazioni potrebbero influenzare i sistemi, consentendo ai team di risolvere i problemi e proteggere queste tecnologie prima che gli astronauti le utilizzino sul campo.

Supporto alla difesa nazionale con tecnologia rinforzata

Le elettroniche utilizzate nei sistemi di difesa nazionale devono resistere a condizioni estreme. La Missile Defense Agency e il Test Resource Management Center sono tra coloro che utilizzano la BASE Facility per testare e rafforzare componenti critici. Riproducendo ambienti di radiazione impegnativi, il ciclotrone garantisce che questi sistemi rimangano affidabili sotto stress. “Anche sulla terraferma, a seconda di cosa sta facendo un computer, potresti avere parti sensibili”, ha detto Mike Johnson, coordinatore della ricerca presso la BASE Facility. “Evidenzia l’importanza di questo tipo di test. Che le particelle dannose provengano dal sole o da un incidente nucleare, se queste parti falliscono, potresti perdere sistemi cruciali”.

Rendi i viaggi più sicuri testando le parti per auto e aerei

Sebbene gran parte dei test del ciclotrone da 88 pollici si concentri sull’elettronica destinata allo spazio, le sue capacità sono anche importanti per i sistemi terrestri che richiedono alta affidabilità e sicurezza. Gli aerei commerciali moderni e i veicoli si affidano a elettroniche sempre più complesse, dai sistemi di navigazione autonomi e computer di controllo del volo agli avanzati sistemi di assistenza alla guida nelle auto. Questi sistemi devono essere in grado di resistere a effetti di eventi singoli causati da raggi cosmici che arrivano sulla Terra. Le aziende che lavorano su tecnologie aeronautiche e automobilistiche utilizzano la BASE Facility per sottoporre rapidamente le loro elettroniche a prove.

Il ciclotrone da 88 pollici di Berkeley Lab è un esempio straordinario di come la ricerca scientifica di base possa avere applicazioni pratiche che influenzano profondamente la nostra vita quotidiana. Dalla navigazione satellitare alla medicina, dall’esplorazione spaziale alla difesa nazionale, questo acceleratore di particelle svolge un ruolo fondamentale nel rendere le tecnologie moderne più affidabili, sicure e avanzate.

Un operatore del ciclotrone controlla il fascio per gli esperimenti dalla sala di controllo del ciclotrone da 88 pollici. (Credito: Marilyn Sargent/Berkeley Lab)