Sådan fremstilles den reneste argon nogensinde

CERN deltager i et projekt, kaldet ARIA, til konstruktion af et 350 meter højt destillationstårn, der skal bruges til at rense flydende argon (LAr) til videnskabelig og, i en anden fase, medicinsk brug.

Det fulde tårn, sammensat af 28 identiske moduler plus en top (kondensator) og et bund (genkedel) specialmodul, vil blive installeret på et nedlagt minested på Sardinien, Italien. Projektet ledes af Italian Italian Institute of Nuclear Physics (INFN) og blev initieret for at levere den reneste argon muligt til det internationale mørke stofeksperiment DarkSide på INFN's Gran Sasso National Laboratories.

DarkSide er et dobbeltfaset væske-argon tidsprojektionskammer, der har til formål at detektere den mulige passage af en partikel i mørkt stof i form af en Weakly Interacting Massive Particle (WIMP), når den rammer argonkernerne i detektoren. Da denne WIMP-kerner-interaktion forudsiges at være ekstremt sjælden, detektoren må kun indeholde den reneste argon, for ikke ved et uheld at frembringe et falskt signal.

ARIA er designet til at producere denne ekstra rene argon. Atmosfærisk argon indeholder mange "urenheder" såsom vand, ilt, krypton og argon-39, en isotop af argon, som alle er kilder til uønskede signaler. Argon fra underjordiske kilder er allerede udtømt fra argon-39-isotopen med en faktor 1400, men dette er stadig ikke nok til forskning i mørke sager. ARIA er designet til at rense underjordisk argon med en yderligere faktor på 100, efterlader kun den radiostabile argon-40 isotop, ved at udnytte et meget enkelt fysisk princip:de to isotoper har forskellig flygtighed, hvilket betyder, at argon-39 vil fordampe hurtigere end argon-40, fordi den har en nukleon mindre i sin kerne.

Argongassen injiceres i toppen af ​​kolonnen, hvor kondensatoren omdanner det til flydende argon. Den flydende argon begynder at falde gennem en række filtre fordelt langs søjlen, hvor det gradvist renses. På bunden, kedlen omdanner den flydende argon tilbage til gas og gennem en række rør bringer den tilbage til kondensatoren, hvor processen begynder igen. Da destillationen sker ved kryogene temperaturer, hele processen foregår i en vakuumisoleret kryostat.

ARIAs moduler bygges på Polaris, et firma i udkanten af ​​Milano, Italien. Modulerne bringes derefter til CERN, hvor, en efter en, de bliver testet af lækager af vakuumet, Grupper af overflader og belægninger (VSC) i teknologiafdelingen. På fredag, 24. november, de øverste og nederste moduler plus et standardmodul blev bragt til bygning 180 og stillet op for at præcist kontrollere deres justering, geometri og sammenkoblingsgrænseflader, før svejsning. Efter dette, de tre moduler vil blive taget til Sardinien, hvor de vil blive samlet lodret, oprindeligt over jorden, at begynde at fungere og afprøve deres funktionalitet, før man samler hele søjlen i mineakslen.

ARIA forventes at være færdigmonteret ved udgangen af ​​2018 og starte driften i 2019. Når teknikken er bevist, mange andre luftkomponenter, såsom oxygen-18, nitrogen-15 og carbon-13, kunne destilleres ved at anvende den samme proces. Disse elementer har vigtige anvendelser inden for mange forsknings- og teknologiområder, herunder diagnostiske teknikker til påvisning af kræft.