LASER/ In arrivo il raggio che “sniffa” le bombe nascoste

- La Redazione

Lo sviluppo dell’air laser, messo a punto all’Università di Princeton, potrebbe trovare applicazioni molto interessanti, come ci spiega MICHELE ORIOLI

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Fonte: Fotolia

Da tempo i tecnici ambientali utilizzano i vantaggi delle tecnologie laser in diverse operazioni di remote-sensing, cioè di rilevamento a distanza di sostanze inquinanti o pericolose. Il metodo più comunemente usato è quello che fa ricorso al Lidar (Laser Imaging Detection and Ranging), in pratica un radar che però invece di onde radio utilizza la luce generata da un laser alle lunghezze d’onda del vicino infrarosso, del visibile e degli ultravioletti.

Come nel radar, la misura viene effettuata lanciando un fascio di luce che si riflette sul bersaglio lontano e ritorna a un sensore. In tal modo, date le piccole lunghezze d’onda, è possibile misurare fenomeni come la densità delle nuvole e l’inquinamento dell’aria; non si riesce, però, a determinare la reale identità delle particelle o dei gas. Ci sono varianti del sistema in grado di identificare i contaminanti, ma non sono abbastanza sensibili per rilevare sostanze in tracce e non possono determinare la posizione del gas con sufficiente precisione.

Ora un team di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Ingegneria Aerospaziale di Princeton ha sviluppato un nuovo sistema, denominato “air laser” che, oltre a ottenere un raggio di ritorno migliaia di volte più forte, dovrebbe consentire di determinare non solo i quantitativi degli agenti inquinanti presenti nell’aria, ma anche l’identità e l’ubicazione di tali contaminanti. La nuova tecnologia di rilevamento laser può anche consentire ai militari di individuare da una certa distanza bombe nascoste nel terreno o in particolari posizioni.

Il riferimento all’aria deriva dal fatto che, come ha detto con una certa enfasi il leader del gruppo di ricerca Richard Miles, professore di ingegneria meccanica e aerospaziale a Princeton, «siamo in grado di inviare un impulso laser e ottenere un impulso di ritorno dall’aria stessa: il raggio di ritorno interagisce con le molecole in aria e ci riporta le loro impronte digitali». La nuova tecnica, presentata recentemente su Science, si differenzia dai precedenti metodi di rilevamento a distanza tramite laser, in quanto il raggio di ritorno della luce non è solo una riflessione o diffusione del fascio in uscita.

Si tratta di un raggio laser completamente nuovo, generato da atomi di ossigeno i cui gli elettroni sono stati “eccitati” a livelli di alta energia. Il laser utilizza un impulso ultravioletto che si concentra su un frammento d’aria, in modo simile a come una lente concentra la luce solare in un punto, in un hot spot; all’interno di questo hot spot – una regione di forma cilindrica lunga un millimetro – gli atomi di ossigeno vengono “eccitati” appena i loro elettroni sono pompati fino a raggiungere alti livelli energetici. Quando l’impulso termina, gli elettroni ricadono ai livelli più bassi emettendo radiazione infrarossa.

 

Parte di questa radiazione viaggia lungo il cilindro eccitato e così stimola più elettroni a ricadere, amplificando e organizzando la luce in un fascio laser coerente. Un sensore riceve il raggio di ritorno e determina le sostanze contaminanti incontrate lungo il cammino.

 

«In generale, quando si vuole determinare se ci sono gli agenti inquinanti nell’aria è necessario raccogliere un campione di aria e testarlo – dice Miles – ma con il telerilevamento non hai bisogno di farlo. Se c’è una bomba sepolta sulla strada davanti a te, vorremmo poterla scoprire campionando l’aria circostante, proprio come fanno i cani anti-bomba, ma da lontano, fuori dalla zona di possibili esplosioni. La stessa cosa vale per i gas serra e gli inquinanti che sono nelle parti alte dell’atmosfera, dove il campionamento è difficile».

 

Qualsiasi esplosivo chimico emette gas diversi a seconda dei suoi ingredienti, ma per molti esplosivi la quantità di gas è minuscola. Come pure molti agenti inquinanti dispersi nell’aria sono presenti in concentrazioni molto piccole. Ecco allora che il nuovo air laser, avendo un segnale più potente dei precedenti, può individuare tracce di vapori esplosivi e piccolissime concentrazioni di inquinanti.

Miles e colleghi sperano di arrivare a individuare contaminanti al di sotto di alcune parti per miliardo di molecole d’aria. Pensano anche di poter montare i dispositivi, che sono abbastanza piccoli, per esempio, su carri armati da dove eseguire la “scansione” di una carreggiata alla ricerca di eventuali bombe.

 

Finora il processo è stato dimostrato in laboratorio su una distanza di circa mezzo metro; le ricerche puntano perciò ad aumentare la distanza e anche ad affinare la sensibilità verso le particelle più piccole. Inoltre, il gruppo sta sviluppando altri approcci alla rilevazione a distanza, che coinvolgono una combinazione di laser e radar.

 

(Michele Orioli)

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