연구용 극저온 펌프

작성자: Keefe Borden2023년 2월 6일

Vanzetti Engineering의 극저온 펌프는 사르디니아 지역 소유 회사인 Carbosulcis SpA와 협력하여 국립 핵물리학 연구소(INFN)의 Aria 프로젝트에 선택되었습니다. 이 프로젝트는 고순도 농축 안정 동위원소 생산을 위한 극저온 증류탑으로 구성됩니다. 극저온 펌프는 초순수 아르곤 1차 증류 장치에서 액체 질소를 재순환시키는 공장의 보조 회로 구성 요소입니다.

Aria 프로젝트는 고순도 농축 안정 동위원소 생산을 위해 사르디니아에 극저온 증류탑을 건설하는 프로젝트입니다. Aria 프로젝트는 암흑물질을 직접 탐지하는 것이 목표인 국립핵물리연구소(INFN) 산하 Gran Sasso 국립연구소(LNGS)에서 수행될 DarkSide-20k 실험의 필수적인 부분입니다. 아직 그 성질이 알려지지 않은 암흑물질은 우리 우주를 구성하는 물질의 대부분을 대표하며, 오늘날 우리가 볼 수 있는 모든 것을 구성하는 일반 물질보다 5배나 더 풍부하다. 따라서 그 본질을 이해하는 것은 우주론, 물리학 및 천체 물리학을 이해하는 데 중요한 기여를 할 것이기 때문에 기초 물리학 분야의 주요 연구 영역 중 하나입니다.

DarkSide-20k 실험은 International DarkSide Collaboration에 의해 운영되며 전 세계 대학 및 연구 기관의 500명 이상의 연구원이 참여합니다. WIMP(Weakly Interacting Massive Particle) 상호작용을 위한 섬광 유체로 액체 아르곤을 사용하는 검출기가 실험에 사용됩니다. 일부 이론에 따르면, 이 특정 유형의 입자는 암흑 물질을 구성하는 가장 유망한 후보 중 하나입니다. 이 실험을 수행하려면 동위원소 39가 없는 다량의 고갈 아르곤이 필요합니다. 이로 인해 두 개의 DarkSide 관련 프로젝트인 Urania와 Aria가 개발되었습니다. 첫 번째는 콜로라도에 현재 건설 중인 공장을 건설하는 것과 관련이 있는데, 이 공장에서는 깨끗한 아르곤 공급원이 지하에 위치하여 우주선으로부터 보호되어 오염되지 않습니다. 우라니아 프로젝트(INFN 소유)를 통해 고갈된 아르곤을 얻을 수 있으며, 이는 사르디니아로 운송되어 Aria 프로젝트의 증류탑을 통해 추가로 필터링 및 정제됩니다. 마지막으로 순수 아르곤은 연구 수행을 위해 Gran Sasso 국립 연구소의 DarkSide-20 검출기에 배치됩니다.

"Aria 프로젝트 증류탑의 주요 목적은 DarkSide 실험을 위한 아르곤을 생산하는 것입니다. 그러나 이를 통해 안정한 동위원소(예: 산소 18, 탄소 12, 질소 15 및 기타)를 생산할 수 있으므로 중요한 산업적 목적이기도 합니다. 그리고 상업적 이익"이라고 프로젝트의 기술 코디네이터이자 INFN 연구원인 Federico Gabriele은 설명합니다. "안정한 동위원소는 의료 진단을 위한 핵의학, 유기농업, 정밀 마이크로전자 공학 등 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 이러한 물질은 현재 전 세계적으로 소수의 시설에서만 생산되고 있으며 원심분리 등 많은 양의 공정이 필요한 다양한 방법을 사용하여 생산되고 있습니다. 반면, 아리아 프로젝트는 이들 물질 간의 상대적인 휘발성을 활용합니다. 실제로 동위원소를 휘발성 계수에 따라 분리하여 증류가 이루어지므로 생산 비용이 상당히 절감됩니다. 현재의 물질 규모는 수십 킬로 정도이며, 시장이 급속도로 확대되고 있는 점을 보면 본 프로젝트의 중요성과 향후에도 그 종류와 규모 면에서 독보적인 이 플랜트의 상당한 잠재력을 알 수 있다. 산업 수준".

2015년 시작된 아리아 프로젝트는 증류탑을 고정하기 위해 약 350m 깊이의 우물이 필요하다. 지상에 비슷한 크기의 지지 구조물을 구축하는 것이 불가능하기 때문이다. 이것이 바로 사르디니아 지역 소유인 Carbosulcis SpA가 운영하는 남부 사르디니아 지방에 있는 깊이 350m의 탄광 갱도를 사용하기로 결정한 이유입니다.