{"id":2866,"date":"2020-09-23T17:09:16","date_gmt":"2020-09-23T15:09:16","guid":{"rendered":"https:\/\/wpress.ca.infn.it\/?p=2866"},"modified":"2023-06-30T11:52:35","modified_gmt":"2023-06-30T09:52:35","slug":"progetto-aria","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/wpress.ca.infn.it\/?p=2866","title":{"rendered":"Progetto Aria"},"content":{"rendered":"\n
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Il progetto, inaugurato<\/a> nel Settembre del 2018, ha come obiettivo la costruzione di una colonna di distillazione per la produzione di isotopi stabili <\/strong>che trovano utilit\u00e0 in diversi ambiti di ricerca e applicazione. In particolare, uno di questi componenti, l\u2019Argon-40, permetter\u00e0 lo sviluppo di un\u2019innovativa tecnica per la ricerca della materia oscura<\/strong> presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso<\/strong> dell\u2019INFN nell’esperimento DarkSide<\/strong><\/a>. <\/p>\n\n\n\n

Quasi un secolo di osservazioni astronomiche hanno mostrato che la materia ordinaria e visibile costituisce solo una piccola frazione dell\u2019universo. Esso risulta invece formato per la maggior parte da una componente di materia non visibile, detta materia oscura<\/strong>, e da una componente misteriosa di energia, detta energia oscura<\/strong>. <\/p>\n\n\n\n

La materia oscura costituisce circa il 25% del contenuto del nostro universo e la prova indiretta<\/strong> della sua esistenza \u00e8 legata all’attrazione gravitazionale<\/strong> che essa esercita sulle stelle all’interno delle galassie o sulla sua influenza nella dinamica (gravitazionale) tra le galassie stesse. 
La peculiarit\u00e0 di questa misteriosa forma di materia \u00e8 la sua invisibilit\u00e0 ai nostri telescopi, in quanto non emette luce (“oscura” ndr<\/em>). Tutto ci\u00f2 rende complicata la sua rivelazione diretta<\/strong>. <\/p>\n\n\n\n

Tutti gli esperimenti per la rivelazione diretta della materia oscura cercano di rivelare gli urti delle particelle di materia oscura sui nuclei del materiale-bersaglio del rivelatore.  
\u00c8 in questa fase che entra in gioco il progetto ARIA<\/strong> che ha come obbiettivo quello di ottenere l’Argon-40 in forma estremamente pura, elemento chimico particolarmente stabile usato come materiale-bersaglio nell’esperimento DarkSide-20k. <\/p>\n\n\n\n

Nuraxi Figus: un sito ideale<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

L\u2019infrastruttura per la produzione dell\u2019Argon e degli altri elementi consister\u00e0 in una torre criogenica di distillazione alta 350 metri, che sar\u00e0 installata nel Pozzo 1 dell\u2019area di Seruci<\/strong>, Gonnesa (Carbonia).
La torre sar\u00e0 costituita da 30 moduli collaudati al CERN, e poi trasportati nei cantieri di Nuraxi Figus<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

Il primo prototipo, alto circa 26 metri, \u00e8 gi\u00e0 stato assemblato ed \u00e8 entrato in funzione nell\u2019estate del 2019. I moduli, assemblati in superficie per i primi test verranno successivamente installati all\u2019interno del pozzo 1.<\/p>\n\n\n\n

L\u2019altezza e il diametro dei pozzi, la loro configurazione, con accessi multipli e sistemi di sicurezza integrati e, soprattutto, la disponibilit\u00e0 di una strada camionabile dalla superficie fino alla profondit\u00e0 di 500 metri, rappresentano condizioni ideali per l\u2019installazione in sicurezza di un impianto che avr\u00e0 dimensioni uniche al mondo.<\/p>\n\n\n\n

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Colonna di distillazione attualmente in funzione a Seruci (SU).<\/em><\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Distillare l’Argon, si pu\u00f2!<\/h4>\n\n\n\n

La distillazione criogenica \u00e8 il metodo pi\u00f9 efficace per la produzione di isotopi stabili. In particolare, l’obbiettivo \u00e8 quello di ottenere la purificazione dell’Argon-40<\/strong>, inizialmente prodotto dall’impianto Urania, in Colorado, USA, e trasportato in Sardegna per la sua ulteriore lavorazione. <\/p>\n\n\n\n

L’Argon \u00e8 un componente gassoso presente nell’atmosfera e costituisce circa l’1% del suo volume totale<\/strong>. Quando i raggi cosmici colpiscono gli atomi di Argon nell’atmosfera, vengono prodotti vari isotopi e in varie concentrazioni (ricordiamo che gli isotopi di un elemento chimico sono atomi dello stesso elemento che differiscono solo per il numero di neutroni nel loro nucleo). In particolare, tra questi, viene prodotto l’Argon-39<\/strong>.
Quest ultimo, a differenza dell’Argon-40 che \u00e8 stabile, decade<\/strong> attraverso processi radioattivi con tempi di dimezzamento dell’ordine del centinaio di anni. \u00c8 presente solo in tracce nell’atmosfera (meno di un decimo di milionesimo di milionesimo del volume totale dell’atmosfera) e nell’aria che respiriamo.<\/p>\n\n\n\n

La radioattivit\u00e0 naturale di questo isotopo, che non rappresenta alcun pericolo per la salute dell’uomo, <\/strong>diventa per\u00f2 un problema negli esperimenti per la ricerca della materia oscura, dove si cerca di eliminare ogni fattore che possa inficiare le misure. In particolare nell’esperimento DarkSide, si cercano collisioni rare tra particelle che costituiscono la materia oscura e i nuclei degli atomi dell’Argon-40.<\/strong> L‘<\/strong>Argon-40 viene infatti utilizzato per la sua grande stabilit\u00e0<\/strong> come mezzo per le collisioni e diventa necessario ottenerlo in grandi quantit\u00e0 e al massimo della purezza<\/strong> attraverso processi di distillazione, in modo tale da eliminare qualsiasi contaminazione derivata da ulteriori particelle dovute, ad esempio, ai decadimenti dell’Argon-39.<\/p>\n\n\n\n

La sfida tecnologica<\/strong> del progetto \u00e8 perci\u00f2 quella di realizzare la pi\u00f9 alta colonna di distillazione criogenica al mondo<\/strong> capare di purificare l’Argon-40 come richiesto dalle specifiche della collaborazione DarkSide-20k, nonch\u00e9 attuare una produzione massiva di isotopi stabili<\/strong> che trovano applicazioni dalla medicina, alla ricerca fondamentale nel campo della fisica delle particelle. <\/p>\n\n\n\n

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Il predecessore di DarkSide-20k, il rivelatore DarkSide-50 installato ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso<\/em>.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

DarkSide e<\/strong> la ricerca di materia oscura ai Laboratori INFN del Gran Sasso<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

I Laboratori del Gran Sasso sono all\u2019avanguardia mondiale <\/strong>nella ricerca diretta della materia oscura: vi si svolgono, infatti, vari esperimenti, basati su diverse tecnologie, che hanno tutti come obiettivo quello di rivelare gli urti delle particelle di materia oscura sui nuclei del materiale-bersaglio del rivelatore.  
In particolare, il rivelatore DarkSide<\/a> si basa sull\u2019utilizzo dell\u2019Argon-40 come mezzo di interazione: \u00e8 costituito da una camera a proiezione temporale (Time Projection Chamber, TPC) bifasica, ad Argon liquido e gassoso. 
I risultati di un rivelatore prototipo in operazione presso i Laboratori sin dal 2013 hanno gi\u00e0 raggiunto la sensibilit\u00e0 migliore al mondo per la ricerca di particelle di materia oscura di bassa massa. <\/p>\n\n\n\n

Il prossimo rivelatore, DarkSide-20k, \u00e8 stato pensato per realizzare il programma pi\u00f9 ambizioso di ricerca e scoperta della materia oscura. Entrer\u00e0 in operazione nel 2022, e richieder\u00e0 l\u2019utilizzo di\u00a0120 tonnellate di argon processate dall\u2019impianto ARIA<\/strong>. Quindi, il progetto ARIA svolge un\u00a0ruolo fondamentale<\/strong>\u00a0nella strategia di possibile\u00a0scoperta della materia oscura<\/strong>\u00a0tramite rivelatori ad Argon. L\u2019unicit\u00e0 e le prospettive del progetto hanno permesso di riunire scienziati provenienti da tutto il mondo per formare un\u2019unica collaborazione internazionale che raccoglie tutti i ricercatori che hanno finora sviluppato rivelatori ad argon per la materia oscura: \u00e8 la\u00a0Global Argon Dark Matter Collaboration<\/em>, il cui primo passo \u00e8\u00a0il programma DarkSide ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso.<\/p>\n\n\n\n

Il progetto ARIA e le sue svariate applicazioni<\/h4>\n\n\n\n

Come sempre accade nella ricerca, dalla realizzazione di esperimenti per la comprensione dei fenomeni che ci circondano derivano svariate ricadute tecnologiche<\/strong> per applicazioni in diversi ambiti.
Tra queste, il progetto ARIA consentir\u00e0 di realizzare studi pilota per la produzione degli isotopi stabili 76<\/sup>Ge, 82<\/sup>Se, e 136<\/sup>Xe, di interesse per i programmi di ricerca sul neutrino<\/strong> svolti sempre ai Laboratori INFN del Gran Sasso.<\/p>\n\n\n\n

Inoltre, ARIA con la collaborazione di INFN, Princeton, Universit\u00e0 di Cagliari e Carbosulcis  permetter\u00e0 la sperimentazione e lo sviluppo della nuova tecnologia per la successiva produzione su larga scala di isotopi stabili<\/strong> di interesse commerciale, come 13<\/sup>C, 15<\/sup>N, e 18<\/sup>O, che trovano impiego per esempio in medicina<\/strong> e hanno un mercato internazionale di grande rilievo.<\/p>\n\n\n\n

Le miniere di carbone: una preziosa risorsa per la produzione della spirulina<\/strong><\/h4>\n\n\n\n

Spirulina \u00e8 il nome di una biomassa essiccata che si ricava dalla raccolta della cosiddetta \u201calga spirulina<\/strong>\u201d (Arthrospira platensis<\/em>). Negli ultimi anni la spirulina ha acquisito molta importanza come integratore e additivo alimentare<\/strong>. Inoltre pu\u00f2 essere utilizzata anche come ingrediente complementare nei mangimi per l’acquacoltura<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

La spirulina \u00e8 coltivata commercialmente in grandi canali d\u2019acqua all\u2019aperto, tuttavia tali culture sono soggette alle fluttuazioni giornaliere della temperatura dell’acqua, che dipendono dalla posizione geografica, dalla stagione e dalla strategia di gestione. La temperatura costante, le condizioni alcaline elevate e l’irradiazione luminosa elevata sono i principali fattori ambientali che influenzano la produttivit\u00e0 e la composizione della biomassa. Per questi motivi, \u00e8 stata progettata e costruita un\u2019ampia variet\u00e0 di fotobioreattori che utilizza l\u2019acqua geotermica pompata da miniere di carbone per riscaldare una cultura di spirulina al valore ottimale. Uno dei principali vantaggi di questo sistema di coltura \u00e8 il miglior profilo di temperatura della cultura durante il giorno e durante l’anno che consente di prolungare il periodo di produzione.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Il progetto, inaugurato nel Settembre del 2018, ha come obiettivo la costruzione di una colonna di distillazione per la produzione di isotopi stabili che trovano utilit\u00e0 in diversi ambiti di ricerca e applicazione. In particolare, uno di questi componenti, l\u2019Argon-40, permetter\u00e0 lo sviluppo di un\u2019innovativa tecnica per la ricerca della materia oscura presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell\u2019INFN nell’esperimento DarkSide.  Quasi un […]<\/p>\n","protected":false},"author":6,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_editorskit_title_hidden":false,"_editorskit_reading_time":0,"_editorskit_is_block_options_detached":false,"_editorskit_block_options_position":"{}"},"categories":[8],"tags":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/wpress.ca.infn.it\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/2866"}],"collection":[{"href":"https:\/\/wpress.ca.infn.it\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/wpress.ca.infn.it\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/wpress.ca.infn.it\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/6"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/wpress.ca.infn.it\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=2866"}],"version-history":[{"count":5,"href":"https:\/\/wpress.ca.infn.it\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/2866\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":3630,"href":"https:\/\/wpress.ca.infn.it\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/2866\/revisions\/3630"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/wpress.ca.infn.it\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=2866"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/wpress.ca.infn.it\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=2866"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/wpress.ca.infn.it\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=2866"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}