Il diamante, un gioiello per la fisica

La forma allotropica del carbonio più famosa e preziosa è il diamante. In particolare, questo minerale è composto da un reticolo cristallino di atomi di carbonio, disposti a formare strutture tetraedriche. Questo significa che, in linea di principio, il diamante è formato dagli stessi atomi della grafite, presente in strumenti comuni come le matite o i compassi, ma disposti in ordine diverso.

In questa immagine possiamo osservare le strutture schematizzate della grafite e del diamante

Tra le tante caratteristiche che rendono questo cristallo così importante, la più conosciuta è la durezza: il diamante è il minerale di origine minerale più duro (10 punti nella scala Mohs), proprio a causa della sua struttura, in cui tutti gli atomi adiacenti presentano legami chimici. Altre caratteristiche principali sono l’elevato indice di dispersione ottica, l’altissima conducibilità termica, la grande resistenza agli agenti chimici e il bassissimo coefficiente di dilatazione termica. Un’altra particolarità meno conosciuta del diamante è quella di rilasciare un debole segnale elettrico quando viene attraversato da radiazioni, senza venire danneggiato da queste; l’interpretazione di tali segnali può fornirci molte informazioni sul tipo di radiazione, l’energia della particella e l’istante in cui è avvenuto il contatto.

Kimberlite, la roccia da cui viene estratto il diamante in natura

A differenza di altri allotropi del carbonio (come il grafene, altra forma allotropica del carbonio), il maggiore limite del diamante e il motivo per cui spesso viene sostituito da altri materiali è il suo costo molto elevato, legato alla sua rarità. L’unica soluzione a questo problema è produrre diamanti sintetici, nonostante sia anche questo un processo lento e costoso. È ciò a cui stanno lavorando alcuni scienziati del centro di ricerca ENEA: in un laboratorio all’avanguardia situato a Frascati, in provincia di Roma, vengono prodotti questi cristalli sintetici a grande velocità, con l’obiettivo di superare la velocità massima raggiunta nei laboratori internazionali (circa 0,01 mm all’ora), riducendo ulteriormente i costi di produzione “che si aggirano intorno ai 1.000 euro per un diamante sintetico di grandezza 5 per 5 millimetri“, come spiega il ricercatore ENEA Ugo Besi Vetrella del dipartimento Fusione e Tecnologie per la Sicurezza Nucleare.

Il Laboratorio Diamanti ENEA di Frascati

La riduzione dei costi di produzione, quindi, può aumentare l’utilizzo di questo materiale, ma per cosa verrebbe adoperato? Grazie alle sue proprietà, può essere usato per costruire strumenti da taglio o abrasione, come sostituto del silicio in elettronica, in apparecchi rilevatori di radiazioni nei centri di radioterapia o in qualsiasi altro campo in cui vengono analizzate onde elettromagnetiche e raggi di particelle cariche (come in centri di ricerca di fisica astroparticellare), o in dissipatori di calore.

I diamanti sintetici verranno inoltre usati nella centrale termonucleare sperimentale francese del progetto ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) per fornire ai ricercatori informazioni molto dettagliate su ciò che avviene all’interno del reattore, dove bisogna isolare il plasma a temperature che si aggirano intorno ai cento milioni di gradi Celsius.

Lo scopo di tale progetto è infatti quello di ricreare le stesse reazioni nucleari che avvengono in alcune stelle, tra atomi di idrogeno (deuterio e trizio nello specifico, isotopi dell’idrogeno); tale processo fornirebbe all’uomo una fonte d’energia quasi inesauribile, pulita e a prezzi competitivi. L’elemento fondamentale di questo reattore è il Tokamak, uno strumento di forma toroidale ideato da fisici russi, in grado di confinare gli isotopi di idrogeno e di creare le condizioni affinché si verifichino le reazioni necessarie, tramite forti campi elettromagnetici esterni.

Fonti:

http://www.enea,it

http://www.iter.org

Per approfondire:

L’energia distruttiva dell’atomo

Sull’Autore

'98. Una persona appassionata di scienza.

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