Il mio piccolo ha 6 anni, un bambino del nuovo millennio. Non è interessato alle favole. Ciò che lo affascina è la fisica. Specialmente la fisica delle particelle, anche se non credo che conosca bene la differenza. È ossessionato dal Large Hadron Collider del CERN e guarda le conferenze TED con Brian Cox. Ce n’è uno in particolare, che parla di ciò che è andato storto nell’LHC; è il suo preferito. Penso che sia perché alla fine, Brian Cox dice che stanno cercando di scoprire i mattoni dell’universo facendo collidere piccole particelle alla velocità della luce. Così, quando Leon guarda un arcobaleno, non immagina pentole d’oro alla fine, ma più probabilmente, particelle che si scontrano e rivelano i mattoni dell’universo.

L’inseguimento delle particelle (in termini di luce indicato come ray tracing) è, in tutta onestà, un ottimo modo di simulare la luce e i suoi effetti termici. La luce si disperde, riflette e rifrange e causa effetti termici all’oggetto con cui viene a contatto. La rifrazione è una proprietà molto importante della luce ed è anche responsabile di alcuni fenomeni ottici naturali, tra cui gli arcobaleni. Quindi, se c’è una pentola d’oro alla fine dell’arcobaleno è certamente una pentola calda!

In Simcenter STAR-CCM+ 2019.3 stiamo rilasciando un nuovo solutore stocastico di energia termica di radiazione (RTE) basato sul metodo di ray tracing Surface Photon Monte Carlo (PMC) con modellazione della rifrazione. PMC è probabilmente il metodo più accurato per RTE. Così, il nuovo solutore (PMC) è altamente accurato e molto efficiente, e modella gli effetti della rifrazione e della riflessione, rendendolo ben adatto per le applicazioni dei proiettori. I confronti con il Discrete Ordinate Model (DOM), che è l’unico altro modello di radiazione per modellare la rifrazione, mostrano che il nuovo modello PMC è più efficiente e più accurato nel prevedere la rifrazione rispetto al DOM (controllare le immagini di confronto).

La rifrazione è il cambiamento di direzione della luce che passa da un mezzo all’altro o da un cambiamento graduale nel mezzo. Nel caso dei fari questo può essere la plastica del faro o anche l’aria al suo interno. La rifrazione è importante quando guardiamo alla sicurezza termica. Per poter prevedere dove la luce creerà un hotspot, dobbiamo sapere come si rifrange. In questo modo possiamo tenere conto del giusto carico termico dei LED o del sole. Dato che i proiettori hanno più materiali che emettono radiazioni oltre alla plastica esterna, la luce viene rifratta e crea hotspot in certe zone e il calore può danneggiare il proiettore. Perché è importante? Vi faccio un paio di esempi:

Esempio 1: la lampadina è un punto caldo sulla lente di copertura, causato dalla lente ottica, ad esempio con una lampada allo Xenon. Questo punto caldo è tipicamente più caldo se esiste la rifrazione (mondo reale o modellato) e quindi importante per quei tipi di sistemi.

Esempio 2: La luce solare (irradiazione) è fasciata da una lente ottica (ad esempio una lampada allo Xenon, una luce LED) e ha il punto focale vicino a una superficie che può creare danni. Con il nuovo modello PMC di superficie, possiamo prevedere con precisione questi punti caldi e modificare il design includendo schermi termici nei posti giusti, portando a design migliori e più durevoli.

I proiettori sono molto costosi e molto delicati. I nuovi design sono anche trasparenti, rendendo l’estetica un aspetto piuttosto importante. Affinché i produttori di fari mantengano l’estetica, pur essendo sicuri della durata, hanno bisogno di prevedere accuratamente questi punti caldi.

L’applicazione che stiamo guardando oggi è l’illuminazione dei fari, ma altre applicazioni come quelle mediche (raggi X, risonanza magnetica e radioterapia), la produzione di semiconduttori e la difesa hanno bisogno di una modellazione accurata delle proprietà delle radiazioni, rendendo il PMC molto interessante.

Tornando al mio piccolo scienziato e alla realtà degli arcobaleni e della rifrazione. È così bello vedere il suo entusiasmo! L’altro giorno mi ha detto: “Quando sarò grande, sarò un fisico principale al CERN”. Io, naturalmente, gli ho detto: “È adorabile, tesoro! Vuoi essere il prossimo Brian Cox?”. La sua risposta mi ha fatto piangere dalle risate e mi ha ricordato che è ancora solo un bambino. Ha detto: “No mamma, preferisco tenere il mio nome”!!!

“Per i piccoli scienziati del futuro”

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