La sua missione è misurare la massa. Ma rispetto a strumenti pur accurati, lo fa con una precisione spaventosa: solo pochi miliardesimi di grammo. E non è tutto: riesce a individuare e distinguere, nei campioni esaminati, la componente solida da quella gassosa. È VISTA (Volatile In Situ Thermogravimeter Analyser), il sistema di misura di masse tra i più sensibili mai realizzati. Progettato dall’INAF-IFSI di Roma in collaborazione con il Politecnico di Milano e l’IMM-CNR, volerà a bordo di sonde spaziali dedicate allo studio della composizione di atmosfere planetarie, comete e asteroidi, ma le sue applicazioni potrebbero trovare importanti applicazioni anche qui, sulla Terra.
Il segreto di questa precisione sta nel cuore di questo straordinario microgravimetro: un cristallo piezoelettrico, che cioè modifica le sue proprietà elettriche in base alle sollecitazioni ricevute. Nel caso specifico, maggiore è la massa depositata sulla superficie sensibile della microbilancia, minore la frequenza di oscillazione del cristallo. Pertanto, da una semplice misura della rapidità con cui vibra il cristallo si può risalire ad una misura di massa molto piccola. Qualunque altro metodo tradizionale non riuscirebbe a restituire misure così accurate.
Per distinguere la componente solida dalla componente gassosa poi, il sensore può essere riscaldato a temperature elevate, fino a 600 °C. Una caratteristica cruciale, questa. E unica, visto che finora sistemi che impiegavano lo stesso metodo di misura non riuscivano a superare i 200° centigradi.
Le applicazioni che questa tecnologia potrebbe avere sono tra le più disparate. In ambito scientifico, e più precisamente in ambienti planetari, il sistema sviluppato per VISTA permette la rilevazione di grani di polvere e dei materiali volatili (organici e acqua) assorbiti su di essi, come anche di ghiacci (per esempio di acqua e anidride carbonica) . In ambito industriale, consente il monitoraggio in tempo reale dei processi di combustione, come le emissioni di particolato, e dunque la funzionalità dei catalizzatori o dei filtri anti-particolato dei motori Diesel. Applicando questo metodo di indagini a situazioni più grandi sia dal punto di vista delle dimensioni che delle masse di gas da analizzare, è facile pensare al monitoraggio delle emissioni dei termovalorizzatori. O, ancora, della presenza di gas e particolati associata all’attività vulcanica.
Abbiamo rivolto alcune domande a Ernesto Palomba, dell’INAF-IFSI di Roma su VISTA.
Palomba, come fa questa bilancia a ottenere misure così accurate?
In effetti, questa bilancia, oltre ad essere sensibilissima, è anche ‘micro’: pensate alla grandezza di una moneta da due centesimi di euro. E’ essenzialmente composta da un cristallo di quarzo che oscilla ad una frequenza fissata e ben conosciuta. Quando del condensato si va a depositare sulla microbilancia, la velocità di oscillazione del cristallo diminuisce. Dunque da questa variazione della frequenza siamo in grado di stabilire quanta massa è presente sul sensore.
Ma oltre alla massa, VISTA è anche in grado di riconoscere la composizione del campione analizzato. È così?
Si, questo dispositivo è dotato di un micro riscaldatore integrato, in grado di innalzare in modo controllato la sua temperature e di conseguenza quella del materiale depositato su di esso. Se in esso sono presenti materiali volatili, come ad esempio acqua allo stato di ghiaccio, è possibile farli sublimare e separare quindi queste componenti dalla parte rocciosa del campione.
Per questo dispositivo avete pensato applicazioni in ambiti diversi da quelli della ricerca astrofisica?
Impiegando cristalli diversi dal quarzo siamo riusciti a realizzare microbilance in grado di essere riscaldate e funzionare alla perfezione anche a 600-700 °C. Questo ci ha fatto pensare a un’utilizzo di questi dispositivi nel settore ambientale, in particolare per il controllo delle particelle fini prodotte dalla combustione nei termovalorizzatori. Oppure l’analisi delle emissioni nei filtri antiparticolato dei motori Diesel. Ma questo tipo di bilance potrebbe essere utilissimo anche nel monitoraggio dei fumi prodotti in seguito a eruzioni vulcaniche.
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