Come la Russia produce rilevatori di diamanti unici per i reattori termonucleari

La Russia lo sta sviluppando attivamente della tecnologia nel campo dell'energia termonucleare, non solo costruendo propri reattori sperimentali, ma anche partecipando a progetti internazionali. Una delle aree chiave è la cooperazione nel progetto ITER, dove i nostri specialisti forniscono componenti importanti, tra cui esclusivi rilevatori di radiazioni ionizzanti al diamante.

Il tokamak, che costituisce la base dell'impianto di fusione termonucleare, è una camera a vuoto a forma di toro (ciambella). All'interno di questa struttura, il plasma riscaldato a milioni di gradi è contenuto da potenti campi magnetici.



A loro volta, per monitorare lo stato di questo plasma, sono necessari dispositivi ad alta precisione, e qui i rilevatori di diamanti vengono in soccorso. Sono infatti basati sui diamanti, che hanno una serie di proprietà uniche. Questi cristalli sono in grado di rilevare vari tipi di radiazioni: dalle particelle alfa e beta alle radiazioni gamma e ai neutroni.

Inoltre, i diamanti utilizzati in questi rilevatori sono altamente resistenti alle radiazioni, consentendo loro di funzionare in condizioni estreme come temperature fino a 300 gradi Celsius. Allo stesso tempo, sono chimicamente inerti, il che li rende resistenti agli ambienti chimici aggressivi.

Infine, i diamanti hanno un'elevata conduttività termica, superiore al rame, e ottime proprietà elettriche. In condizioni normali sono dielettrici, ma se esposti a radiazioni ionizzanti si trasformano in conduttori, il che li rende indispensabili per l'uso nella microelettronica e negli strumenti scientifici.

È interessante notare che per la produzione di tali rilevatori non vengono utilizzati diamanti naturali, ma sintetici. In condizioni di laboratorio è possibile coltivare cristalli con parametri specifici, che garantiscono la stabilità e la prevedibilità delle loro caratteristiche. Le pietre artificiali sono superiori alle loro controparti naturali nella qualità della registrazione delle radiazioni ionizzanti.

Per quanto riguarda il processo di produzione dei diamanti sintetici, comprende diverse fasi. Un substrato diamantato viene posto in una camera a vuoto, quindi viene fornita una miscela di metano e idrogeno e quindi al suo interno viene accesa una scarica ad alta frequenza. Il metano funge da fonte di carbonio, che si deposita sul substrato formando un cristallo di diamante.

Il processo sopra descritto può richiedere da diversi giorni a una settimana, a seconda delle dimensioni dei cristalli richieste. Dopo che il diamante è cresciuto, viene tagliato con un laser e quindi diviso in piastre delle dimensioni richieste per un ulteriore utilizzo nei rilevatori.

I rilevatori di diamanti creati in Russia non vengono utilizzati solo nel progetto ITER. Trovano applicazione anche in altri settori, compreso lo sviluppo di tokamak domestici con tecnologie di reattori. Ad esempio, a Troitsk si sta lavorando per creare il primo reattore termonucleare russo, che richiede anch'esso tali componenti.

Inoltre, i rilevatori di diamanti vengono utilizzati in medicina. Sono utilizzati in radioterapia per trattare malattie complesse, contribuendo a salvare vite umane. Un altro promettente campo di applicazione sono le cosiddette “batterie nucleari”, che possono funzionare per decenni, ad esempio, come parte di veicoli spaziali.