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Instalado a Mais de 1,5 Quilômetro de Profundidade em uma Antiga Mina no Estado de Dakota do Sul, o Deep Underground Neutrino Experiment Exige o Armazenamento Criogênico de 15.000 Toneladas de Argônio Líquido a -186 °C, Combinando Engenharia Extrema, Criostatos de 500.000 Pés Cúbicos e Tecnologia Inédita para Reduzir Interferências de Radiação Cósmica e Viabilizar Medições Precisas de Neutrinos.
Cientistas nos Estados Unidos Constroem Recipientes Criogênicos Subterrâneos para Armazenar Mais de 15.000 Toneladas de Argônio Líquido a -186 °C, Viabilizando o Deep Underground Neutrino Experiment, Instalado a Mais de 1,5 Quilômetro de Profundidade para Reduzir Interferências de Radiação Cósmica.
Desafio de Engenharia Criogênica em Escala Inédita
Pesquisadores Norte-Americanos Enfrentam um Desafio de Engenharia de Grandes Proporções ao Desenvolver Recipientes Super-Refrisados Capazes de Conter Mais de 15.000 Toneladas de Argônio Líquido. O Material Precisa ser Mantido a -186 Graus Celsius para Garantir o Funcionamento Adequado dos Detectores Científicos.
O Esforço Integra o Deep Underground Neutrino Experiment, um Experimento Não Ficcional que Utiliza Enormes Volumes de Argônio Líquido Criogênico para Detectar Partículas Subatômicas Raras.
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Os Detectores Serão Imersos Nessas Banhos Criogênicos, Posicionados no Subsolo, em um Arranjo que se Move no Sentido Oposto ao Habitual, Direcionando-se para Baixo.
Redução da Radiação Cósmica e Precisão Científica
Segundo Vincent Basque, Pesquisador do Fermilab, a Instalação Subterrânea dos Detectores em Dakota do Sul Permitir uma Redução Significativa da Radiação Cósmica de Fundo. Essa Condição é Essencial para Evitar que Sinais Externos Sobrecarguem os Sensores do Experimento.
A Configuração Possibilita o Estudo, com Alta Precisão, de Neutrinos Enviados pelo Feixe do Fermilab em Illinois, Além da Detecção de Neutrinos Provenientes de Fontes Astrofísicas Como o Sol ou uma Supernova Próxima. O Experimento Também Busca Identificar Processos Extremamente Raros Associados a Essas Partículas.
A Equipe do Projeto Destaca que o DUNE é Considerado o Experimento Mais Sensível Já Concebido para Investigar as Origens do Universo a Partir das Propriedades dos Neutrinos, Descritos Como as Primeiras Partículas Emitidas Após o Big Bang. Essa Sensibilidade Exige Controle Rigoroso do Ambiente e Proteção Contra Interferências.
Instalação Subterrânea e Proteção Contra Raios Cósmicos
Para Evitar que os Raios Cósmicos, que Atravessam Constantemente o Espaço e Atingem a Terra, Mascaram os Sinais Fracos Captados pelos Detectores, o Experimento Será Operado na Instalação Subterrânea de Pesquisa Sanford. O Complexo Está Localizado em Lead, Dakota do Sul.
Os Detectores Ficarão a uma Profundidade Superior a um Quilômetro e Meio, Suficiente para Absorver a Maior Parte do Tráfego Cósmico, Conforme Comunicado Oficial do Projeto. Essa Profundidade Transforma uma Antiga Mina em uma Espécie de “Geladeira Gigante” Científica, Adaptada para Condições Extremas.
A Equipe Se Prepara para Instalar Inicialmente Dois Módulos Detectores de Múltiplos Quilotons, Utilizando Variantes da Tecnologia de Câmara de Projeção Temporal de Argônio Líquido, Conhecida Como LArTPC. Colaboradores Internacionais Planejam Acrescentar Mais Dois Módulos nos Próximos Anos.
Criostatos Gigantes e Colaboração Internacional
Cada Módulo Detector Será Alojado em um Recipiente Isolante Denominado Criostato, com Volume Próximo de 500.000 Pés Cúbicos, Aproximadamente Equivalente a Cinco Piscinas Olímpicas. Esses Equipamentos Não São Itens Padronizados e Exigiram Desenvolvimento Específico para o Projeto.
Os Criostatos Foram Projetados pela Empresa GTT, Especializada no Transporte de Gás Natural Liquefeito, e Fornecidos com a Colaboração do CERN, que Participa do DUNE. A GTT Já Desenvolvia Criostatos Menores para Experimentos do CERN Desde 2007.
De Acordo com Lluís Miralles Verge, Líder do Projeto de Criostato no CERN, Trata-se da Primeira Vez que Estruturas Desse Porte São Produzidas. Os LArTPCs do DUNE Serão Instalados em Cavernas Acessíveis Apenas por um Poço Profundo, Exigindo Planejamento Logístico e de Projeto Detalhado e Preciso, um Processo Descrito Como Extremamente Complexo.
Estrutura em Camadas e Testes de Desempenho
Para Garantir Confinamento à Prova de Vazamentos de Líquidos e Vapores, Além de Isolamento e Suporte Adequados, os Criostatos do DUNE São Compostos por Diversas Camadas. O Projeto da GTT Utiliza o Conceito de Criostato de Membrana, no Qual a Camada Interna Forma uma Membrana Destinada a Conter o Criogênio Líquido.
Cada Camada Desce pelo Poço em Partes e É Montada Diretamente na Caverna do Detector, Iniciando pela Estrutura Externa. A Conclusão das Partes Internas de um Único Criostato do DUNE Exige a Montagem de Mais de 5.000 Peças Individuais, Evidenciando a Complexidade do Sistema.
David Montanari, Gerente de Projeto de Criogenia do DUNE, Afirmou que os Protótipos Construídos no CERN Foram Fundamentais.
Eles Demonstraram que Detectores, Criostatos e Sistemas Criogênicos Funcionam de Forma Integrada, Garantindo Confiança de que os Criostatos do Detector Distante Terão Desempenho Adequado, Mesmo em Condições Tão Rigorosas.
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