SPECIALE RICADUTE TECNOLOGICHE

Specchi vellutati? C’è lo “scrub” a ioni

Ottiche perfette, modellate da un cannone ionico, con margini d’errore di poche decine di atomi. Sono quelle che escono dalle facility IBF dei laboratori INAF di Merate. Anche uno specchio del James Webb Space Telescope, il successore del telescopio spaziale Hubble, si è sottoposto al trattamento.

Ci sono tanti modi per levigare una superficie. La si può piallare, per poi sbozzarla con la lima, quindi lavorare di fino con la carta vetrata, per esempio. Se è una superficie particolarmente delicata, come quella del nostro viso, è invece più saggio ricorrere a un morbido peeling. L’importante, in ogni caso, è non esagerare: asportare solo lo stretto necessario, fino a raggiungere la forma e la levigatezza desiderate.

Ma a quale precisione si può ambire? Nella costruzione delle ottiche per i telescopi, affinché tutto funzioni a dovere, la curvatura  raggiunta dev’essere pressoché perfetta, identica a quella teorica suggerita da modelli e simulazioni. E le asperità massime consentite, in alcuni casi, si misurano in decine di atomi. Una precisione letteralmente nanometrica, dunque. Per lavorare a questi livelli di perfezione, non c’è carta vetrata o molatrice che tenga. Occorre una tecnologia completamente diversa, come quella messa a punto nei laboratori di Merate, dell’INAF-Osservatorio astronomico di Brera, in collaborazione con la Selex-Galileo di Firenze: un peeling delicatissimo, e al tempo stesso implacabile, a base di ioni di argon.

Il procedimento, chiamato Ion Beam Figuring (IBF), si basa su una sorta di sabbiatrice atomica: un cannone in grado di sparare non sabbia o microsfere metalliche, come avviene di solito, bensì un fascio di ioni di gas. Il vantaggio non sta solo nella precisione: la tecnologia IBF si può applicare a qualunque tipo di forma ottica (free-form), ed è deterministica. «A seconda del tempo in cui il fascio rimane in una data zona», spiega infatti Mauro Ghigo, ricercatore all’INAF di Brera e responsabile del team di ricerca per la lavorazione ionica degli specchi, «viene rimossa una maggiore o minore quantità di superficie. In tal modo – essendo nota a priori la forma della superficie con relativi errori, la quantità di materiale rimossa per unità di tempo e la superficie finale voluta – è possibile calcolare esattamente quanto tempo il fascio di ioni deve insistere su una determinata zona, rimuovendo così tutti gli errori fino a ottenere la superficie desiderata. Ed è sufficiente un unico ciclo per arrivare a convergenza».

Lo strumento NIRSpec

Ottiche così perfette trovano applicazione non solo in ambito astrofisico: fanno gola, per esempio, per la realizzazione delle beamline dei sincrotroni, dei concentratori a raggi ultravioletti per la nanolitografia, degli interferometri ottici e nelle missioni spaziali di monitoraggio terrestre o per la difesa. Proprio dalle facility IBF dei laboratori di Merate (ne sono presenti due, una delle quali, permettendo di lavorare ottiche fino a 1500 mm di diametro, è fra le maggiori attualmente disponibili al mondo) è uscito uno degli specchi di NIRSpec (Near Infrared Spectrograph). «Si tratta di uno spettrografo che volerà a bordo del James Webb Space Telescope, l’erede dell’Hubble Space Telescope», dice Ghigo, «e lo specchio che abbiamo realizzato, utilizzando la tecnologia IBF, per il treno ottico di NIRSpec ha appunto una precisione attorno ai 5-6 nanometri».

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