La struttura MIAMI-2—Microscopes and Ion Accelerators for Materials Investigations—ha aiutato il Dr. Matheus Tunes a studiare una nuova lega che indurirà l'alluminio senza aumentarne il peso in modo significativo.

I veicoli spaziali lanciati dalla Terra devono essere leggeri, ma hanno ancora la giusta quantità di carburante per vederli raggiungere l'orbita. Se troppo pesante, la quantità di carburante richiesta sarebbe proibitiva. Una volta fuori dal campo magnetico protettivo della Terra, un veicolo può quindi essere esposto a quantità potenzialmente distruttive di radiazione solare, che diventa più importante per qualsiasi missione di lunga durata come quella su Marte.

Realizzare veicoli spaziali in alluminio è una soluzione, poiché l'alluminio è un materiale leggero ma resistente. Le leghe aiutano l'alluminio a diventare più duro attraverso il rafforzamento delle precipitazioni, ma le radiazioni incontrate nello spazio possono dissolvere i precipitati indurenti con conseguenze potenzialmente disastrose e fatali per gli astronauti.

Ma la ricerca condotta a MIAMI-2 in collaborazione con Montanuniversitaet Leoben (MUL) in Austria ha scoperto che un particolare precipitato di indurimento di una nuova lega di alluminio - sviluppato da un gruppo di metallurgisti guidati dal professor Stefan Pogatscher (MUL) - non si dissolve quando bombardato da radiazioni di particelle rispetto ai dati esistenti sull'irradiazione delle leghe di alluminio convenzionali.

Il risultato è una lega con una fase di indurimento resistente alle radiazioni chiamata fase T, che ha una struttura cristallina complessa di Mg32 (Zn, Al)49. La ricerca ha portato a un articolo che è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Advanced Science, insieme a una copertina accattivante.

"L'idea del documento era di testare queste nuove leghe utilizzando le strutture di MIAMI, perché possiamo sottoporre la lega a radiazioni energetiche di particelle e, allo stesso tempo, monitorare l'effetto di questa radiazione sulla microstruttura della lega con un microscopio elettronico a trasmissione", dice Matteo.

"Abbiamo monitorato il segnale cristallografico della fase T mentre la radiazione aumentava e abbiamo osservato che rispetto ad altre leghe di alluminio convenzionali, la lega che abbiamo sviluppato era resistente alle radiazioni, il che significa che la fase di indurimento non si dissolve sotto alte dosi di radiazioni.

"Fa luce su un nuovo campo di ricerca molto entusiasmante che chiamiamo "materiali spaziali prototipo per ambienti con radiazioni stellari". Un reattore nucleare è anche un ambiente estremo, come il sole con i cicli solari, ma le instabilità dinamiche sul sole come i brillamenti solari e le espulsioni di massa coronale sono più estreme di qualsiasi altra cosa sulla Terra. Il sole è un reattore a fusione nucleare molto efficiente e un acceleratore di particelle ad alta energia".

Dottor Graeme Greaves, Senior Research Fellow presso la MIAMI Facility, aggiunge, "quando Matt è venuto da noi per la prima volta dal Brasile come studente post-laurea, era sempre alla ricerca di nuovi progetti e ha creato una serie di nuove collaborazioni, e sono molto felice che mentre sta iniziando la prossima parte della sua carriera in Austria e si sta espandendo in nuove aree, sta continuando a collaborare con noi qui alla struttura di MIAMI, con questo progetto di leghe di alluminio è solo un esempio."

Con missioni con equipaggio sulla Luna e su Marte attualmente in programma, i vantaggi di veicoli spaziali sufficientemente leggeri da essere lanciati e resistenti alle radiazioni per proteggere i loro equipaggi sono chiari. Avanti all'ordine del giorno per Matheus, Graeme e colleghi deve scoprire perché la lega si comporta in questo modo e quali ulteriori benefici potrebbero esserci.

"Sono particolarmente orgoglioso di aver terminato il mio dottorato di ricerca a Huddersfield, Ora mi sono trasferito in Austria ma continuo a lavorare con Graeme, Matheus aggiunge. "Abbiamo una collaborazione attiva e il 2021 sarà un anno impegnativo per il progetto di ricerca sui materiali spaziali congiunto Huddersfield-Leoben".

"Abbiamo scoperto che la fase T è tollerante alle radiazioni, ma non abbiamo scoperto il motivo. Abbiamo un'idea che coinvolge la complessità chimica della fase che crediamo possa portare a delle ricerche molto interessanti. Speriamo di poter dare un contributo importante all'ulteriore esplorazione umana dello spazio".