All’Oak Ridge National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti, gli scienziati hanno adottato un approccio innovativo nell’uso della stampa 3D per affrontare le complessità incontrate nella produzione di un collimatore monopezzo per esperimenti con neutroni. La strategia “divide et impera” si è evoluta verso un’interpretazione tecnologica, dando vita a un design composito, ribattezzato “design Frankenstein”, caratterizzato da diverse parti assemblate con precisioni quasi chirurgiche.
Il team di ricerca ha esplorato una soluzione alternativa mediante un design a lame alternate per superare le restrizioni imposte dalle dimensioni nella stampa 3D. Tale approccio ha permesso una disposizione più densa delle lame, migliorando così la funzionalità del collimatore senza necessità di ulteriori modifiche post-produzione.
La Battaglia contro i Neutroni Indesiderati
Fahima Islam, principale autore dello studio e esperto in neutronica presso la sorgente di neutroni di spallazione (SNS) dell’ORNL, ha evidenziato la crescente sfida rappresentata dai neutroni che sfuggono all’interazione con i campioni di materiale, generando segnali di fondo indesiderati nei dati raccolti. Lo sviluppo di un collimatore stampato in 3D, personalizzabile per diverse tipologie di esperimenti di diffusione neutronica, mira a eliminare queste interferenze, ottimizzando la qualità dei risultati sperimentali.
Gli esperimenti condotti sullo Spallation Neutron and Pressure beamline (SNAP) hanno dimostrato l’importanza cruciale dell’allineamento preciso del collimatore, sottolineando l’essenzialità di una produzione e posizionamento con tolleranze quasi nulle.
Una Prova di Fattibilità in Ambienti Estremi
Per verificare l’efficacia dei collimatori stampati in 3D, il team ha sperimentato l’uso di un campione minuto all’interno di una cella a incudine di diamante, un ambiente ad alta pressione che simula le condizioni estreme simili a quelle del nucleo terrestre. Bianca Haberl, autrice corrispondente dello studio, ha evidenziato le sfide poste dalla filtrazione dello scattering indesiderato generato in tali condizioni, una prova significativa della complessità degli esperimenti su neutroni.
Una volta ottenuto un allineamento accurato, il collimatore ha mostrato una netta riduzione dello scattering di fondo rispetto al segnale del campione, confermando l’efficacia del design.
Ottimizzazione e Assemblaggio: Un Nuovo Paradigma
Garrett Granroth, coautore dello studio, ha rivelato che l’approccio iniziale di stampare il collimatore come un unico grande pezzo si è scontrato con ostacoli significativi, principalmente a causa delle differenze nella contrazione del materiale durante il raffreddamento. La soluzione adottata prevedeva la stampa di componenti più piccoli, successivamente assemblati manualmente, per mitigare il problema del raffreddamento non uniforme.
Il team prevede ulteriori miglioramenti, inclusi controlli di qualità più rigorosi e un allineamento ancora più preciso, aprendo nuove possibilità per la personalizzazione degli strumenti di diffusione dei neutroni e promuovendo progressi nel campo della neutronica.
