0054. Si può costruire un motore a raggi gamma?

 Vorrei sapere se è possibile costruire un motore a “raggi gamma”. Se potessimo catturarli potremmo produrre energia? Potrebbero costituire una nuova fonte di energia, no ? (Valentino Carino)

Per raggi gamma si intende comunemente la radiazione elettromagnetica (fotoni) di energia maggiore di 100000 elettron-Volt (100 keV). L'elettron-Volt è un’unità d’energia usata in fisica atomica e nucleare e corrisponde all’energia acquistata da un elettrone quando attraversa una differenza di potenziale elettrico di un Volt. I fotoni della luce hanno un’energia compresa tra 1,5 e 3,0 eV. Fotoni è anche il termine generico per indicare i “quanti” o pacchetti di onde elettromagnetiche qualunque sia la loro frequenza. La relazione tra l'energia (E) di un quanto di radiazione elettromagnetica e la sua frequenza (f) è la famosa formula di Einstein:

E = h f dove h è la costante di Planck.

In teoria, un sistema che emette un fascio di onde elettromagnetiche può essere considerato un motore a fotoni in quanto il sistema subisce una spinta nella direzione opposta a quella dei fotoni emessi. Per la legge di conservazione della quantità di moto nei sistemi isolati, il fascio di fotoni emessi ed il sistema che li emette acquistano una quantità di moto uguale in valore assoluto ed in direzione opposta. E' lo stesso principio per il quale un motore a reazione produce una spinta in avanti a causa dei gas incandescenti che emette all'indietro.

In un motore a reazione, del tipo impiegato nei moderni aereoplani, il combustibile fornisce l'energia per riscaldare i gas che emette e gli atomi che costituiscono i gas emessi. Quindi il motore funziona sino a quando vi è combustibile da bruciare ed emettere. Per allontanare indefinitamente dalla Terra un satellite di massa M occorre una massa di carburante circa cinque volte maggiore di M:

Massa del carburante = 5 x Massa del satellite.

 Il vantaggio teorico di un motore a fotoni è che i fotoni possono essere prodotti a bordo di un veicolo spaziale senza che sia necessario immagazzinarli a bordo prima della partenza. Tuttavia abbiamo sempre bisogno della energia necessaria per produrli e quindi di un "motore" e del suo combustibile. Un "motore" a fotoni che bruci combustibile chimico non sarebbe economico rispetto ad un comune motore a reazione per aereo. Resta quindi da considerare l'opzione di un "motore" a reazione nucleare (fissione o fusione). Tuttavia non esistono al momento progetti credibili di questi tipo. In conclusione, al meglio delle nostre attuali conoscenze di astrofisica, non esistono in natura raggi gamma in quantità sufficiente da essere proficuamente catturati. Le sorgenti di fotoni più intense che conosciamo sono le stelle ed in particolare il nostro Sole. L'uso dell'energia solare è un problema allo studio da diversi decenni, le sue potenzialità sono ormai un problema scientificamente e tecnicamente ben compreso, la sua economicità e praticità d’impiego è argomento di un vivace dibattito politico.

Carlo Schaerf - Fisico