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Verso le stelle con razzi nucleari Verso le stelle con razzi nucleari ICETTA del premio Nobel Carlo Rubbia pe'fp* viaggi spaziali del lont%iikno futuro: «Se sulla Terra il nucleare è in competizione con altre forme di energia, nello spazio interplanetario è indispensabile per rendere realistica l'esplorazione di Marte, i pianeti lontani e i loro satelliti». Ha esordito così Rubbia nel seminario che ha tenuto al Cern, il Laboratorio europeo per la fisica delle particelle di Ginevra, il 27 agosto scorso, intitolato «Neutroni in un mezzo altamente diffusivo: un nuovo strumento di propulsione per l'esplorazione dello spazio?»: lo studio di un fenomeno puramente fisico come lo spettro di ripartizione dei neutroni dell'esperimento Tare, Trasmutation by Adiàbatic Resonance Crossing (trasmutazione per attraversamento adiabatico delle risonanze), avviato nel 1994 al Ps, il Sincrotone a Protoni del Cern, potrebbe portarci nello spazio interplanetario. Grazie alla genialità di Carlo Rubbia. I motori spaziali convenzionali si basano su combustibili chimici, che hanno un grosso limite intrinseco: il loro contenuto energetico è molto basso e questo vuol dire che ne occorrerebbero quantità smisurate per sviluppare l'accelerazione necessaria a raggiungere pianeti distanti come Marte (circa 60 milioni di chilometri nelle condizioni più favorevoli, quando si trova in opposizione). Ad esempio, per inviare su Marte un carico utile di 200 tonnellate, bisognerebbe lanciarne 60.000! I progetti attuali di esplorazione interplanetaria hanno per questo abbandonato l'opzione chimica. Alla Nasa si sta studiando come ridurre la durata della missione utilizzando orbite più brevi e sistemi di propulsione più efficienti. II nucleare è l'ingrediente innovativo su cui si basano tutte le nuove ricette: propulsione nucleare a bassa spinta, plasma come . propellente, energia di fusione, sia inerziale sia confinata magneticamente, rappresentano la migliore alternativa al combustibile chimico. Le alternative finora considerate prevedono di poter raggiungere Marte in ;*MOTORE NVelocità di espulsPropellente 20,47% Carico 55,Massa iniziale: 2Carico utile: 137 . k^S4*'délTempi lunghi, nessun^, due anni a mezzo di missione e ;*'^pflt^«^n Jjen 45. anni. Mf:fl: di questi sistemi può offrire un biglietto per Marte: la propulsione a bassa spinta non funzionerebbe su navicelle delle dimensioni necessarie per il trasporto di persone; la temperatura del plasma nucleare raggiungerebbe livelli tali da renderne irrealistico l'uso come propellente e la tecnologia della fusione, sia a confinamento magnetico sia inerziale, è ancora troppo complessa sulla Terra per essere adattata alle condizioni di un lungo viaggio nello spazio. Rubbia oggi ha la soluzione: utilizzare direttamente i frammenti di fissione. La fis- sione nucleare indotta da neutroni ha una resa energetica molto alta (circa 200 MeV) ed è in grado di sostenere una reazione a catena modulata da opportune barre di controllo. Inoltre, la dinamica dei frammenti di fissione è tale da fornire ben l'88 per cento dell'energia direttamente in forma cinetica, mantenendo l'enorme entalpia del processo nucleare iniziale, che in questo caso non viene ridotta perché non c'è conversione in calore dell'energia di fissione. Il problema è, o era fino all'idea di Rubbia, la difficoltà di catturare la quantità di neutroni necessaria ad attivare un motore spaziale (a causa della loro bassa capacità di penetrazione dei solidi). L'esperimento Tare ha dimostrato che è possibile incrementare di circa 100 volte il flusso neutronico per diffusione nel volume di un mezzo trasparente (cioè che non oppone resistenza al loro passaggio) per tempi molto lunghi secondo gli standard subnucleari (circa 30 millesimi di secondo). L'elemento fissile che meglio risponde alle prestazioni richieste - alta probabilità di fissione, tempo di vita sufficientemente lungo e tecnica di produzione relativamente semplice - è l'americio 242. ICO ne: 4,3 km/s ■ Motore 2,48% 0 tonnellate onnellate Una pellicola di americio, 242 Spessa. \ jmjjjegjmo. dì mminjè4*0 è in grado di raggiungere immediatamente lo stato critico, consentendo al combustibile di riscaldarsi fino a 0,5 milioni dì gradi Kelvin/i.temperatura fuori portata per i combustibili chimici. L'energia sviluppata da uno solo grammo di americio equivale a quella fornita da una tonnellata del miglior combustibile chimico. Basterebbero pochi chilogrammi di americio per raggiungere Marte in una settimana, di cui un terzo in fase di accelerazione, un terzo in volo e un terzo in fase di rallentamento, con una navicella riutilizzabile delle dimensioni di un Jumbo. Come funzionerebbe questo avveniristico shuttle? Rubbia ha dedicato l'ultima parte del suo seminario alla descrizione del design concettuale del mezzo, anch'esso ricco di innovazioni. Leggero perché privo di moduli, ad alta potenza specifica e dalla struttura semplice, con un motore la cui configurazione è presa in prestito dalla fisica nucleare. La geometria del motore sarebbe infatti analoga a quella di un Tokamak a confinamento magnetico semitoroidale. Una tecnologia già a lungo collaudata negli esperimenti di fusione a confinamento magnetico (come Jet, la macchina europea per questo tipo di ricerca). Quali i rischi della propulsione nucleare per l'equipaggio e per l'atmosfera nelle fasi di decollo e atterraggio? Certamente non superiori a quelli che già si corrono nelle attuali missioni spaziali. L'equipaggio sarebbe protetto da schermi di un composto di boro e carbonio, che riducono notevolmente la probabilità di assorbimento radioattivo. Va notato che la radioattività indotta dai neutroni sarebbe comunque inferiore a quella prodotta dal vento solare nello spazio interplanetario. Nello scenario catastrofico di un incidente in fase di rientro, con distruzione totale del reattore, l'emissione radioattiva corrisponderebbe a venti milionesimi di quella dei testi nucleari convenzionali. Beatrice Bressan Paola Catapano Cern, Ginevra MOTORE NUCLEARE Velocità di espulsione: 40 km/s Propellente 20,47% Carico utile 55,15% Massa iniziale: 250 tonnellate Carico utile: 137,9 tonnellate MOTORE CHIMICO Velocità di espulsione: 4,3 km/s ■ Moto2,48Massa iniziale: 2780 tonnellate Carico utile: 137,9 tonnellate Sopra, Carlo Rubbia premio Nobel per la fisica Qui accanto schema concettuale del motore a fissione nucleare presentato al Cern da Rubbia COME FUNZIONA Diffusore di neutroni principale Lamina di combustibile nucleare e parete porosa Il deposito di combustibile termina qu Ugello raffreddato (trasporta l'intero flusso di propellente) Ingresso dell'idrogeno Plasma espulso a 40 km/s UiUWUWl Sopra, Carlo Rubbia premio Nobel per la fisica Qui accanto schema concettuale del motore a fissione nucleare presentato al Cern da Rubbia