Pompe criogeniche per la ricerca

Di Keefe Borden06 febbraio 2023

Le pompe criogeniche di Vanzetti Engineering sono state scelte per il Progetto Aria dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) in partnership con Carbosulcis SpA, società partecipata dalla Regione Sardegna. Il progetto consiste in una torre di distillazione criogenica per la produzione di isotopi stabili arricchiti di elevata purezza. Le pompe criogeniche sono componenti del circuito ausiliario dell'impianto che ricircola l'azoto liquido nell'unità di distillazione primaria dell'argon superpuro.

Il Progetto Aria prevede la costruzione di una torre di distillazione criogenica in Sardegna per la produzione di isotopi stabili arricchiti di elevata purezza. Il progetto Aria è parte integrante dell'esperimento DarkSide-20k che sarà realizzato presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), il cui obiettivo è quello di rilevare direttamente la materia oscura. La materia oscura, la cui natura è ancora sconosciuta, rappresenta la maggior parte della materia che costituisce il nostro universo, dove è cinque volte più abbondante della materia ordinaria che costituisce tutto ciò che possiamo vedere oggi. Comprenderne la natura è quindi uno dei principali ambiti di ricerca nel campo della fisica fondamentale poiché apporterebbe un contributo significativo alla comprensione della cosmologia, della fisica e dell'astrofisica.

L'esperimento DarkSide-20k è gestito dalla International DarkSide Collaboration e coinvolge oltre 500 ricercatori provenienti da università e istituti di ricerca di tutto il mondo. Per l'esperimento verrà utilizzato un rivelatore che utilizza argon liquido come fluido di scintillazione per l'interazione WIMP (Weakly Interacting Massive Particle). Secondo alcune teorie, questo particolare tipo di particella sarebbe uno dei candidati più promettenti per costituire la materia oscura. Per effettuare questo esperimento sono necessarie grandi quantità di argon impoverito, cioè senza isotopo 39. Ciò ha portato allo sviluppo di due progetti legati a DarkSide: Urania e Aria. Il primo prevede la realizzazione di un impianto, attualmente in costruzione, in Colorado dove è stata localizzata nel sottosuolo una fonte di argon pulito, protetto dai raggi cosmici e quindi non contaminato da essi. Il Progetto Urania (sempre di proprietà dell'INFN) consentirà di ottenere l'argon impoverito, che verrà poi trasportato in Sardegna dove verrà ulteriormente filtrato e purificato dalla colonna di distillazione del Progetto Aria. Infine, l'argon puro verrà immesso nel rilevatore DarkSide-20 dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso per svolgere attività di ricerca.

"Lo scopo principale della colonna di distillazione del Progetto Aria è produrre argon per l'esperimento DarkSide. Tuttavia, poiché consente la produzione di isotopi stabili (come ossigeno 18, carbonio 12, azoto 15 e possibilmente altri), ha anche un notevole impatto industriale e interesse commerciale" spiega Federico Gabriele, Coordinatore tecnico del progetto e ricercatore INFN. "Gli isotopi stabili vengono utilizzati in diverse applicazioni, come la medicina nucleare per la diagnostica medica, l'agricoltura biologica o la microelettronica di precisione. Queste sostanze vengono attualmente prodotte in pochi impianti in tutto il mondo e utilizzando vari metodi, come la centrifugazione, che richiede elevate quantità di Il Progetto Aria, invece, sfrutta la volatilità relativa tra queste sostanze - la distillazione avviene infatti separando gli isotopi in base al loro coefficiente di volatilità - consentendo una notevole riduzione dei costi di produzione. di sostanze è attualmente dell'ordine di poche decine di chili e che il mercato è in forte espansione, si capisce l'importanza del progetto e le notevoli potenzialità di questo impianto, che sarà unico per tipologia e dimensioni anche ad un livello livello industriale”.

Il Progetto Aria, avviato nel 2015, richiede un pozzo profondo circa 350 metri per ancorare la colonna di distillazione poiché sarebbe impossibile realizzare una struttura di sostegno di simili dimensioni fuori terra. Per questo si è deciso di utilizzare il pozzo profondo 350 metri di una miniera di carbone nella Provincia del Sud Sardegna gestita dalla Carbosulcis SpA, di proprietà della Regione Sardegna.