Sorgente di neutroni per strutture in calcestruzzo più sicure

Un gruppo di ricercatori giapponesi, grazie a un metodo non distruttivo di analisi basato su una sorgente di neutroni, è riuscito a misurare il contenuto di sale in strutture come ponti, gallerie, strade sopraelevate che possono degradarsi a causa dell'esposizione all'acqua di mare e ad altre fonti.

L'invecchiamento delle infrastrutture in calcestruzzo, un pericolo concreto

Il crollo del ponte di Genova ad agosto, che ha causato la morte di 37 persone, ha evidenziato il pericolo rappresentato dall'invecchiamento delle infrastrutture.

Il Giappone, come molti Paesi, affronta grossi problemi da questo punto di vista poiché molti dei suoi ponti e delle sue gallerie sono stati costruiti durante la crescita economica (molto sostenuta) degli anni sessanta e settanta ed ora soffrono di degrado. Tuttavia, le ispezioni consumano molto tempo. Per esempio, misurare il contenuto di sale nelle strutture in calcestruzzo è tipicamente effettuato attraverso un foro nel nucleo, un'azione che richiede tempo e può danneggiare leggermente la struttura.

Immagine - il ponte Arthur Ravenel Jr. (anche conosciuto come the Cooper River Bridge) visto di notte, guardando a nord-ovest dal Point Pleasant, Carolina del sud, USA. By Juliancolton - Own work, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=56643888

Il gruppo di ricerca del RIKEN Center for Advanced Photonics (RAP) ha deciso di cercare un modo migliore per eseguire tali ispezioni, gli scienziati hanno pertanto utilizzato un fascio di neutroni. Viene cioè utilizzato un dispositivo che emette un fascio di neutroni ad alta energia attraverso una sorgente di neutroni compatta che avevano sviluppato.

Un nuovo modo (non distruttivo) per analizzare le strutture in calcestruzzo

I neutroni sono un nuovo modo entusiasmante per analizzare le strutture, in quanto tali particelle possono penetrare abbastanza in profondità nei materiali metallici grazie al fatto che essi non interagiscono con la forza elettromagnetica e quindi non sono influenzati dalla carica elettrica.

Occasionalmente i neutroni interagiscono con i nuclei dei materiali che penetrano portando al rilascio di raggi gamma che possono essere rilevati attraverso determinati strumenti di rilevazione.

In cosa consiste l'esperimento condotto dai ricercatori

Per questo esperimento il gruppo di ricercatori ha utilizzato una sorgente di neutroni compatta che genera neutroni bombardando un bersaglio di berillio.

I ricercatori hanno usato il fascio per irradiare una serie di blocchi di calcestruzzo in cui era presente del sale compresso tra un blocco e l'altro, subito dopo l'irradiazione sono stati emessi dei raggi gamma che sono stati misurati da rivelatori al germanio ad alta risoluzione.

I raggi gamma che sono stati emessi dagli atomi dei blocchi di calcestruzzo e altri diversi elementi possono essere rilevati guardando il livello di energia dei raggi gamma.

Ad esempio, i picchi di energia dei raggi gamma emessi dal cloro, uno degli elementi che compongono ii sale, hanno un valore di 517 keV, 786 keV, 788 keV, 1165 keV e così via.

Che cosa hanno dimostrato i ricercatori

In questo modo i ricercatori hanno potuto dimostrare la presenza di sale anche quando risulta circondato da una quantità di calcestruzzo con uno spessore compreso tra 12 e 18 centimetri. Ogni misurazione ha richiesto circa 10 minuti.

Secondo Yoshie Otake, che ha condotto lo studio,  «questo risultato è molto eccitante perché il Giappone è interessato da un prodondo degrado delle infrastrutture ed è impossibile prevedere quando si verificherà un grave incidente. Il nostro studio di fattibilità ha dimostrato che i fasci di neutroni possono effettivamente essere utilizzati per misurare se il tenore di sale contenuto in una struttura in calcestruzzo rientra nei limiti legali stabiliti dal governo. La nostra prossima sfida è quella di costruire un dispositivo che possa fornire una sorgente di neutroni compatta per condurre le misure presso le varie infrastrutture, in nodo cruciale è rappresentato dal fatto che il dispositivo dovrà essere abbastanza piccolo da essere facilmente trasportato in loco».

I risultati sono stati presentati lo scorso ottobre durante il 18esimo simposio JSMS sugli scenari delle strutture in calcestruzzo, evento tenuto dalla società di scienza dei materiali giapponese.