Spazio: ENEA testa la resistenza dei materiali spaziali alle radiazioni UV

ENEA ha sviluppato un sistema di irraggiamento UV per testare la resistenza dei materiali per lo spazio alle radiazioni solari al di fuori dell’atmosfera terrestre. Le attività sono state condotte dai ricercatori del Centro Ricerche di Frascati in collaborazione con l’Istituto nazionale di fisica nucleare (INFN) e l’azienda italiana BEAMIDE.

“Questo sistema permette di irraggiare h24 i campioni fino a diverse migliaia di ore equivalenti di esposizione alla radiazione solare, fornendo un controllo in tempo reale e da remoto della dose di radiazione rilasciata e delle sue eventuali variazioni nel periodo di irraggiamento”, spiega Paolo Di Lazzaro, ricercatore del Laboratorio ENEA di Fusione inerziale, plasmi ed esperimenti interdisciplinari. “Grazie a questa tecnologia, è possibile condurre test accelerati per valutare in modo molto accurato gli effetti della radiazione UV^[1] sui materiali impiegati nelle missioni spaziali di lunga durata”, aggiunge.

Finora il sistema è stato impiegato per test di resistenza alla radiazione solare nel programma spaziale “ARTES”, nel progetto “Nano Hybrid Transparent Materials”^[2] per realizzare materiali^[3] adatti ai telescopi spaziali e nel progetto “FIRST-FLEX” per sviluppare un nuovo tipo di riflettori solari ottici OSR. Quest’ultimi sono elementi termici passivi che svolgono un ruolo cruciale nella progettazione termica di un veicolo spaziale: vengono utilizzati per migliorare la capacità di smaltimento del calore dei radiatori esterni e ridurre l’assorbimento del flusso solare. “In questo ambito, il nostro apparato è stato usato per irradiare un nuovo tipo di rivestimento inorganico depositato sulla superficie flessibile (metallica o polimerica) degli OSR con una dose complessiva di radiazioni UV pari a 300 ore solari equivalenti secondo gli standard dell’Agenzia Spaziale Europea”, sottolinea Di Lazzaro.

Oltre a questi test condotti in atmosfera inerte (priva di sostanze reattive), i ricercatori ENEA hanno irraggiato alcuni campioni in aria, allo scopo di rilevare gli effetti sinergici tra UV e ossigeno nel processo di degradazione dei materiali.

La sorgente di radiazione UV sviluppata da ENEA, INFN e BEAMIDE è costituita da una lampada a vapori di mercurio a media pressione alimentata da una scarica elettrica da 500 W. Il ‘cuore’ della lampada è un bulbo cilindrico posto nel fuoco di un riflettore parabolico di alluminio e in una sottile finestra di quarzo a protezione del bulbo. La lampada è raffreddata da una ventola esterna ed è posizionata sopra una camera cilindrica da vuoto, di diametro 18 cm e profondità 12 cm, avente una camicia esterna raffreddata ad acqua. La camera da vuoto è chiusa da una finestra di quarzo che consente una trasmissione del 90% della radiazione UV. I campioni da irraggiare sono posti nella camera che può essere riempita di gas inerte allo scopo sia di evitare l’ossidazione dei campioni sia di trasferire il calore all’intera superficie delle pareti della camera in modo da limitare a 40 °C la temperatura massima dei campioni, anche per irraggiamenti di oltre un mese di durata. La pressione nella camera, l’emissione nell’UV e nel visibile e la temperatura dei campioni sono costantemente monitorati da un sistema di controllo e acquisizione dati gestito da un datalogger dedicato, basato su una scheda Arduino, monitorato e gestito da remoto durante l’intera durata dell’irraggiamento, in grado di disattivare automaticamente la lampada in caso i parametri di temperatura, emissione UV e pressione del gas escano dall’intervallo consentito.

Il complesso sistema di irraggiamento e diagnostica è stato sviluppato dal laboratorio “Eccimeri” del Centro Ricerche ENEA Frascati, che fin dagli anni ’80 sviluppa sorgenti di radiazione ultravioletta (UV) e nell’estremo ultravioletto (EUV), sia coerenti (laser) sia non coerenti, e relative diagnostiche. Tali sorgenti di radiazione sono state utilizzate in molti campi, dalla realizzazione di transistori a film sottile^[4] alla sverniciatura controllata di graffiti su materiali metallici, plastiche e pietre, dalla modifica delle proprietà chimiche della superficie di materiali elettronici e tessuti alla micro-litografia EUV di ultima generazione, dalla scrittura invisibile su film sottili dielettrici per anticontraffazione alla sa­nificazione di superfici da virus e batteri. “Grazie a questa lunga e consolidata nostra esperienza, è ora allo studio un perfezionamento del sistema di irraggiamento che prevede di sostituire l’attuale lampada a mercurio con una matrice di LED UV in modo da riprodurre più fedelmente lo spettro solare (nell’intervallo spettrale 200 nm - 400 nm) e abbattere gli effetti termici, consentendo così irraggiamenti in vuoto, oltre che in atmosfera controllata”, conclude Paolo Di Lazzaro di ENEA.