Raggi cosmici: di cosa si tratta e quali applicazioni?

Quello dei raggi cosmici è un metodo innovativo per la ricerca delle perdite idriche, che si basa sull'analisi di neutroni derivati da raggi cosmici secondari. Segue lo stesso principio usato per verificare se c'è acqua su Marte, ma può avere diverse applicazioni, per esempio è usato in agricoltura negli Stati Uniti, per irrigare in maniera mirata.

In breve, questa tecnologia sfrutta particelle non dannose, i neutroni, provenienti dallo spazio. Questi impattano continuamente sulla Terra, generando collisioni fra raggi secondari, la cui energia si riduce in base al materiale attraversato. In particolare, l’idrogeno contenuto nell’acqua interagisce con i neutroni rallentandoli o assorbendoli. La quantità di acqua nel suolo, dunque, può essere valutata monitorando i neutroni nell’aria: un terreno in cui l’acqua è presente in percentuale maggiore, avrà un effetto moderante/assorbente maggiore sui raggi cosmici rispetto a un terreno più secco.

Analizzando la concentrazione di raggi cosmici liberi si può determinare con rapidità e accuratezza la presenza di una perdita idrica, con un notevole risparmio di tempo rispetto ai metodi tradizionali di investigazione. Questo sistema permette infatti di controllare una quantità di rete considerevolmente maggiore perché può viaggiare con qualunque mezzo mobile su cui venga montato.

La ricerca può avvenire mediante identificazione real-time, ossia con il solo passaggio del mezzo sopra il tubo e la verifica immediata della perdita non appena il sensore segnala una diminuzione del numero di neutroni, oppure tramite ricerca differita, quando il sensore posto su un mezzo compie diversi passaggi sul territorio dando poi evidenza dei punti più umidi.

L’operatore non avrà più bisogno di percorrere a piedi con il geofono tutta la rete idrica, ma si recherà direttamente nei punti identificati dalla mappa.

La sperimentazione e i risultati

In collaborazione con il Dipartimento di Fisica nucleare dell'Università di Padova, abbiamo sviluppato un dispositivo che, montato su un'autovettura, consente di spostarsi lungo la rete e monitorare la concentrazione dei neutroni a livello del manto stradale.
Il mezzo si muove a una velocità di 40-50 km/h lungo la strada sotto cui corre la rete idrica e, grazie all'analisi dei raggi cosmici, su un display vengono mostrati i livelli di neutroni rilevati. Quando la concentrazione cala è segno che i neutroni sono stati trattenuti sotto il terreno da un ammasso di acqua. Quando ciò avviene, significa che proprio in quel punto, nel sottosuolo, potrebbe esserci una perdita idrica, e i tecnici possono intervenire prontamente per le riparazioni.

La sperimentazione di questa tecnologia ha confermato la bontà scientifica del metodo: su diverse migliaia di chilometri indagati, sono state trovate rotture per un numero pari a quelle riscontrate con il metodo acustico tradizionale, ma con il vantaggio che grazie ai raggi cosmici si è più produttivi, dato che ci si muove in auto anziché a piedi.
Con una rete di circa 30.000 chilometri da controllare, poter disporre di questo strumento ci permette di fare grandi passi avanti. Inoltre, i raggi cosmici sono sensibili anche alle perdite modeste, come quelle degli allacci, più difficili da rilevare con accuratezza.

Questa tecnologia, che abbiamo implementato grazie alla partnership con la startup Cosmic e il team di Neptune Srl, si basa su un isotopo di Litio, il Litio-6, che è l'elemento che permette di rilevare i neutroni, e continueremo a usarlo affiancandolo al classico metodo acustico, per localizzare tutte le perdite possibili e aumentare il livello di efficacia degli interventi.