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Dec 13, 2023

Bombas criogênicas para pesquisa

Por Keefe Borden06 de fevereiro de 2023 As bombas criogênicas da Vanzetti Engineering

Por Keefe Borden 06 de fevereiro de 2023

As bombas criogênicas da Vanzetti Engineering foram escolhidas para o Projeto Aria do Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) em parceria com a Carbosulcis SpA, empresa da região da Sardenha. O projeto consiste em uma torre de destilação criogênica para a produção de isótopos estáveis ​​enriquecidos de alta pureza. As bombas criogênicas são componentes do circuito auxiliar da usina que recircula o nitrogênio líquido na unidade de destilação primária de argônio superpuro.

O Projeto Aria envolve a construção de uma torre de destilação criogênica na Sardenha para a produção de isótopos estáveis ​​enriquecidos de alta pureza. O projeto Aria é parte integrante do experimento DarkSide-20k que será realizado nos Laboratórios Nacionais Gran Sasso (LNGS) do Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN), cujo objetivo é detectar matéria escura diretamente. A matéria escura, cuja natureza ainda é desconhecida, representa a maior parte da matéria que compõe nosso universo, onde é cinco vezes mais abundante que a matéria comum que compõe tudo o que podemos ver hoje. Entender sua natureza é, portanto, uma das principais áreas de pesquisa no campo da física fundamental, pois traria uma contribuição significativa para a compreensão da cosmologia, física e astrofísica.

O experimento DarkSide-20k é executado pela International DarkSide Collaboration e envolve mais de 500 pesquisadores de universidades e institutos de pesquisa em todo o mundo. Um detector que usa argônio líquido como fluido de cintilação para interação WIMP (Weakly Interacting Massive Particle) será usado para o experimento. De acordo com algumas teorias, esse tipo específico de partícula é um dos candidatos mais promissores para constituir a matéria escura. Grandes quantidades de argônio empobrecido, ou seja, sem o isótopo 39, são necessárias para realizar este experimento. Isso levou ao desenvolvimento de dois projetos relacionados ao DarkSide: Urania e Aria. A primeira envolve a construção de uma usina, atualmente em construção, no Colorado, onde foi localizada uma fonte de argônio limpo no subsolo, protegida dos raios cósmicos e, portanto, não contaminada por eles. O Projeto Urania (também de propriedade do INFN) permitirá a obtenção do argônio empobrecido, que será transportado para a Sardenha, onde será posteriormente filtrado e purificado pela coluna de destilação do Projeto Aria. Por fim, o argônio puro será colocado no detector DarkSide-20 nos Laboratórios Nacionais Gran Sasso para a realização de pesquisas.

"O objetivo principal da coluna de destilação do Projeto Aria é produzir argônio para o experimento DarkSide. No entanto, uma vez que permite que isótopos estáveis ​​(como oxigênio 18, carbono 12, nitrogênio 15 e possivelmente outros) sejam produzidos, também é de importância industrial significativa e interesse comercial" explica Federico Gabriele, Coordenador Técnico do projeto e pesquisador do INFN. "Os isótopos estáveis ​​são usados ​​em diversas aplicações, como medicina nuclear para diagnósticos médicos, agricultura orgânica ou microeletrônica de precisão. Atualmente, essas substâncias são produzidas em poucas instalações ao redor do mundo e usando vários métodos, como a centrifugação, que requer grandes quantidades de Já o Projeto Aria explora a volatilidade relativa entre essas substâncias - na verdade, a destilação ocorre separando os isótopos de acordo com seu coeficiente de volatilidade - permitindo uma redução considerável nos custos de produção. substâncias é atualmente da ordem de algumas dezenas de quilos e que o mercado está em franca expansão, percebe-se a importância do projeto e o grande potencial desta usina, que será única em tipologia e tamanho mesmo em um nível industrial".

O Projeto Aria, iniciado em 2015, requer um poço de aproximadamente 350 metros de profundidade para ancorar a coluna de destilação, pois seria impossível construir uma estrutura de suporte com dimensões semelhantes acima do solo. É por isso que foi decidido usar o poço de 350 metros de profundidade de uma mina de carvão na Província do Sul da Sardenha, administrada pela Carbosulcis SpA, propriedade da Região da Sardenha.