Una tecnologia laser per proteggere le infrastrutture critiche dai fulmini

I fulmini possono provocare notevoli danni a edifici e infrastrutture critiche, tra cui gli aeroporti. Per mitigare questo rischio, un progetto dell’UE sta impiegando una potente tecnologia laser per controllare i punti colpiti dai fulmini. Il parafulmine laser così ottenuto potrebbe aiutare a risparmiare denaro e salvare vite.

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Published: 3 July 2020  
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Una tecnologia laser per proteggere le infrastrutture critiche dai fulmini

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© stnazkul #84059942, source:stock.adobe.com 2020

Secondo un detto comune, i fulmini non cadono mai due volte nello stesso punto; uno, tuttavia, è sufficiente per provocare danni di entità considerevole. Non solo i fulmini determinano la morte di fino a 24 000 persone ogni anno, ma sono anche causa di interruzioni di corrente, incendi boschivi e danni strutturali.

Quando i fulmini colpiscono infrastrutture importanti e luoghi sensibili come gli aeroporti e le piattaforme di lancio dei missili, i danni conseguenti possono raggiungere valori nell’ordine dei miliardi di euro. Per mitigare questo rischio, il progetto LLR, finanziato dall’UE, si è prefisso di compiere ciò che in passato era considerato impossibile: controllare i fulmini.

«I sistemi di protezione contro i fulmini odierni sono tuttora basati sulla progettazione del parafulmine sviluppata da Benjamin Franklin più o meno 300 anni fa», afferma Aurélien Houard, ricercatore presso l’Ecole Polytechnique in Francia e coordinatore del progetto LLR (Laser Lighnting Rod). «L’obiettivo del nostro progetto è aggiornare questo concetto impiegando un laser di elevata potenza».

Un potente fascio laser

Il progetto si incentra su un nuovo tipo di laser con un fascio caratterizzato da un’elevata potenza che fungerà da percorso preferenziale per il fulmine, consentendo di deviarne il corso dalle potenziali vittime. Questo laser unico guiderà inoltre le folgori a terra, così da scaricare la carica elettrica presente nelle nuvole.

Per chiarire, una volta installato presso un aeroporto il parafulmine laser è concepito per operare congiuntamente a un sistema radar di allarme preventivo. «In seguito allo sviluppo di condizioni temporalesche, il laser verrebbe puntato verso la nuvola per allontanare il fulmine dall’aeromobile durante le fasi di decollo, atterraggio e rullaggio, nonché nel corso delle operazioni terrestri», spiega Houard. «In effetti, così facendo si creerebbe un corridoio sicuro circondato, oltre che protetto, dai laser».

Una tecnologia rivoluzionaria

Per raggiungere l’intensità e la frequenza di ripetizione necessarie, il progetto si è avvalso di una serie di tecnologie rivoluzionarie. Ad esempio, esso impiega l’amplificazione a impulsi cinguettati (CPA, Chirped Pulse Amplification), ovvero l’attuale tecnica d’avanguardia utilizzata dalla maggior parte dei laser ad elevata potenza a livello mondiale, nonché la tecnologia per cui è stato assegnato il premio Nobel per la fisica nel 2018. «La CPA è una tecnica intesa ad amplificare un impulso laser estremamente breve», afferma Houard. «Il suo funzionamento si basa su un allungamento temporaneo dell’impulso laser, sulla sua amplificazione e, infine, sulla ricompressione dello stesso».

Per realizzare i brevi impulsi laser all’elevata frequenza di ripetizione di 1 000 impulsi per secondo, il team del progetto ha dovuto incrementare la potenza media del laser. A tal fine è stata utilizzata l’avanzata tecnologia di amplificazione sviluppata da Trumpf, un’azienda tedesca di produzione di macchinari industriali e un membro del consorzio del progetto.

Secondo Houard, l’energia fornita dai numerosi diodi della tecnologia è concentrata in un disco di cristallo molto sottile raffreddato ad acqua. «Quando l’impulso laser attraversa il cristallo, l’energia immagazzinata viene trasferita all’impulso laser mediante un meccanismo quantistico chiamato “guadagno laser”», afferma. «La progettazione di questo sottile disco amplificatore ha consentito un incremento nella potenza del laser ultracorto di un ordine di grandezza».

Il progetto ha inoltre sviluppato un innovativo sistema per la previsione dell’attività dei fulmini. «Grazie all’impiego di una combinazione di dati standard provenienti dalle stazioni meteorologiche e di intelligenza artificiale, i partner hanno sviluppato un nuovo modo di prevedere i fulmini caratterizzato da un intervallo di previsione che va dai 10 ai 30 minuti e un raggio di 30 chilometri», commenta Houard. «Questa è la prima volta in cui un sistema basato su semplici dati meteorologici è stato in grado di prevedere i fulmini tramite calcoli in tempo reale».

Dimostrazione fissata per il 2021

Il team di LLR sta attualmente collaudando il laser a Parigi con l’obiettivo di convalidare il concetto che consente di guidare un fulmine a terra in modo sicuro proiettando un fascio a lungo raggio nell’atmosfera.

Secondo quanto previsto, la dimostrazione finale del concetto sviluppato da LLR avrà luogo sul monte Säntis in Svizzera, su cui è situata una torre di proprietà di Swisscom che viene colpita dai fulmini più di 100 volte l’anno. La dimostrazione è programmata per il 2021. In seguito alla riuscita di tale dimostrazione, il team del progetto è fiducioso del fatto che il sistema sarà pronto per una piena commercializzazione entro pochi anni.

Dettagli del progetto

  • Acronimo del progetto: LLR
  • Partecipanti: Francia (coordinatore), Germania, Svizzera
  • Progetto numero: 737033
  • Spesa totale: EUR 3 962 500
  • Contributo dell'UE: EUR 3 956 500
  • Durata: da gennaio 2017 a dicembre 2020

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