Криогенные насосы для исследований

Киф Борден06 февраля 2023 г.

Криогенные насосы Vanzetti Engineering были выбраны для проекта Aria Национального института ядерной физики (INFN) в партнерстве с Carbosulcis SpA, компанией, принадлежащей региону Сардиния. Проект состоит из криогенной дистилляционной башни для производства обогащенных стабильных изотопов высокой чистоты. Криогенные насосы являются составной частью вспомогательного контура установки, обеспечивающей рециркуляцию жидкого азота в установке первичной перегонки сверхчистого аргона.

Проект «Ария» предполагает строительство криогенной дистилляционной башни на Сардинии для производства обогащенных стабильных изотопов высокой чистоты. Проект «Ария» является неотъемлемой частью эксперимента DarkSide-20k, который будет проводиться в Национальной лаборатории Гран-Сассо (LNGS) Национального института ядерной физики (INFN), целью которого является непосредственное обнаружение темной материи. Темная материя, природа которой до сих пор неизвестна, представляет собой большую часть материи, из которой состоит наша Вселенная, где ее в пять раз больше, чем обычной материи, из которой состоит все, что мы можем видеть сегодня. Поэтому понимание его природы является одним из основных направлений исследований в области фундаментальной физики, поскольку оно внесет значительный вклад в понимание космологии, физики и астрофизики.

Эксперимент DarkSide-20k проводится Международной организацией DarkSide Collaboration и в нем принимают участие более 500 исследователей из университетов и исследовательских институтов по всему миру. Для эксперимента будет использоваться детектор, который использует жидкий аргон в качестве сцинтилляционной жидкости для взаимодействия WIMP (слабо взаимодействующие массивные частицы). Согласно некоторым теориям, именно этот тип частиц является одним из наиболее многообещающих кандидатов на роль темной материи. Для проведения этого эксперимента необходимы большие количества обедненного аргона, т.е. без изотопа 39. Это привело к разработке двух проектов, связанных с DarkSide: Urania и Aria. Первый предполагает строительство строящегося в настоящее время завода в Колорадо, где источник чистого аргона расположен под землей, защищен от космических лучей и, следовательно, не загрязнен ими. Проект «Урания» (также принадлежащий INFN) позволит получать обедненный аргон, который затем будет транспортироваться на Сардинию, где он будет дополнительно фильтроваться и очищаться в дистилляционной колонне проекта «Ария». Наконец, чистый аргон будет помещен в детектор DarkSide-20 в Национальной лаборатории Гран-Сассо для проведения исследований.

«Основная цель дистилляционной колонны проекта «Ария» — производство аргона для эксперимента DarkSide. Однако, поскольку она позволяет производить стабильные изотопы (такие как кислород-18, углерод-12, азот-15 и, возможно, другие), она также имеет важное промышленное значение. и коммерческий интерес», — объясняет Федерико Габриэле, технический координатор проекта и исследователь INFN. «Стабильные изотопы используются в различных приложениях, таких как ядерная медицина для медицинской диагностики, органическое сельское хозяйство или прецизионная микроэлектроника. Эти вещества в настоящее время производятся всего на нескольких предприятиях по всему миру с использованием различных методов, таких как центрифугирование, которое требует больших количеств С другой стороны, проект «Ария» использует относительную летучесть между этими веществами (фактически, дистилляция происходит путем разделения изотопов в соответствии с их коэффициентом летучести), что позволяет значительно снизить производственные затраты. Учитывая, что ежедневные объемы производства этих веществ В настоящее время объемы веществ составляют порядка нескольких десятков килограммов, и поскольку рынок быстро расширяется, можно увидеть важность проекта и значительный потенциал этого завода, который будет уникальным по своему типу и размеру даже при индустриальный уровень».

Проект «Ария», начавшийся в 2015 году, требует скважины глубиной около 350 метров для закрепления дистилляционной колонны, поскольку было бы невозможно построить опорную конструкцию аналогичных размеров над землей. Именно поэтому было решено использовать шахту глубиной 350 метров угольной шахты в провинции Южная Сардиния, которой управляет компания Carbosulcis SpA, принадлежащая региону Сардиния.