Bombas criogênicas para pesquisa

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.