Dalla ricerca della materia oscura alla produzione di isotopi per la diagnostica medica: si inaugura il nuovo progetto per la distillazione dell’argon, un’infrastruttura di ricerca che porterà scienza e tecnologia d’avanguardia nella miniera di Monte Sinni.

Nasce dalla ricerca di base, in particolare dalla fisica fondamentale, per rispondere a un’esigenza sperimentale: avere a disposizione grandi quantità di argon, ricavato attualmente solo da pozzi di gas del Colorado, negli Stati Uniti, per la ricerca di materia oscura. Ma in futuro potrebbe servire anche per la distillazione di altri isotopi sempre più impiegati in medicina, sia nella diagnostica avanzata sia nella terapia oncologica, e anche nelle scienze ambientali e agricole. Il progetto ARIA è stato inaugurato oggi, 21 settembre, in Sardegna, nella miniera di Monte Sinni, nel Sulcis-Iglesiente, dall’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, promotore scientifico del progetto assieme alla Princeton University, dalla Regione Autonoma della Sardegna e dalla Carbosulcis, società partecipata della Regione Sardegna che gestisce l’impianto minerario. Il progetto consiste nella realizzazione di una torre di distillazione criogenica per la produzione di isotopi stabili di altissima purezza. L’impianto sarà il primo di questo tipo in Europa, e il primo al mondo realizzato con la tecnologia innovativa che dovrebbe permettere il raggiungimento di prestazioni mai ottenute in precedenza. In questa fase del progetto l'INFN ha già investito 6 milioni di euro, la Regione Sardegna ha partecipato con 2 milioni e 700 mila euro e Carbosulcis ha contribuito già per l’adeguamento dell’infrastruttura mineraria con una spesa di oltre 1 milione e 500 mila euro ed ha in corso un investimento di oltre 2 milioni di euro per l’installazione dell’impianto nel pozzo Seruci 1.

“ARIA è un progetto – sottolinea Fernando Ferroni, presidente dell’INFN – che dimostra in maniera trasparente la capacità del sistema scientifico, politico, industriale, quando felicemente coordinato, di costruire delle infrastrutture che hanno una grande potenzialità a largo spettro e foriere di potenziali importanti ricadute sociali”.

“È un progetto sul quale abbiamo investito finanziamenti importanti, energie, risorse umane”, spiega il presidente della Regione Francesco Pigliaru. “Ne ho seguito direttamente i primi passi e oggi ci troviamo a un traguardo intermedio che soddisfa tutte le nostre aspettative iniziali. La Sardegna - prosegue il Presidente -, oltre che sede ideale dal punto di vista delle esigenze infrastrutturali, sta dimostrando di essere un partner affidabile, in grado di parlare il linguaggio dell’innovazione, della ricerca e delle nuove tecnologie in un’iniziativa che coinvolge tante eccellenze internazionali. Molto interessanti, poi, sono le prospettive industriali e commerciali. Giovani lavoratori e ricercatori sardi sono già impegnati in questo progetto che, mostrando le potenzialità inedite di un settore critico diventa per il territorio un esempio eloquente di trasformazione in positivo.”

“La realizzazione del progetto, di grande valenza tecnologica e simbolica, si inserisce nella visione alla base della ristrutturazione aziendale a seguito del Piano di chiusura della miniera, che si completa quest’anno, indirizzata al riuso delle infrastrutture minerarie per finalità diverse da quelle originarie, ma sempre caratterizzate da un alto contenuto industriale, con l’obiettivo di valorizzare le competenze delle risorse umane presenti in azienda al fine di tutelarne il futuro”, commenta Antonio Martini, amministratore unico della Carbosulcis S.p.A..

“Il progetto ARIA è cruciale per la strategia di ricerca della materia oscura della Collaborazione DarkSide, e siamo entusiasti che il Sulcis-Iglesiente giochi un ruolo di primo piano in questo ambizioso progetto scientifico di assoluta rilevanza internazionale”, commenta Cristian Galbiati, ricercatore ai Laboratori INFN del Gran Sasso, professore alla Princeton University e al GSSI Gran Sasso Science Institute, e coordinatore del progetto DarkSide. “E la sfida è altrettanto interessante dal punto di vista del possibile piano di sviluppo industriale e di trasferimento tecnologico, – prosegue Galbiati – perché con ARIA potremmo stabilire un nuovo ciclo produttivo, che tenga viva la straordinaria tradizione mineraria del Sulcis-Iglesiente”. “Carbosulcis si è sin da subito proposto come un partner essenziale grazie alle grandi competenze tecnologiche dei suoi ingegneri e tecnici in ogni fase del progetto, determinanti per il suo successo”, conclude Galbiati.

“ARIA sarà un’infrastruttura di ricerca nata per la ricerca di base ma di importanza strategica, soprattutto a livello regionale, anche per le ricadute che le tecnologie utilizzate avranno per la riqualificazione di un sito minerario in via di dismissione che vedrà parte del suo personale riassorbito in nuove attività”, commenta Speranza Falciano, vicepresidente dell’INFN che segue i progetti di trasferimento tecnologico. “Date le molteplici applicazioni degli isotopi stabili che l’impianto produrrà, – prosegue Falciano – lo spin-off di questa tecnologia, la distillazione criogenica, permetterà uno sviluppo industriale del sito minerario con un impatto importante sulle imprese del territorio e sui centri di ricerca della Regione Sardegna, a partire dalle Università, e i settori che ne tratterrebbero beneficio vanno dalla diagnostica medica, con particolare riferimento allo screening avanzato di diverse patologie, all’energia pulita, dall’eco-sostenibilità, all’agricoltura”.

APPROFONDIMENTI

Il progetto ARIA

L’obiettivo del progetto è la separazione dell’aria nei suoi componenti fondamentali, elementi che trovano utilità in diversi ambiti di ricerca e applicazione. In particolare, uno di questi componenti, l’argon-40 (40Ar), permetterà lo sviluppo di una innovativa tecnica per la ricerca della materia oscura ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) dell’INFN, progettata e realizzata dalla collaborazione scientifica dell’esperimento DarkSide. 

L’infrastruttura per la produzione dell’argon e degli altri elementi consisterà in una torre criogenica di distillazione alta 350 metri, che sarà installata nel Pozzo 1 dell’area di Seruci. La torre sarà costituita da 28 moduli collaudati al CERN, e poi trasportati nei cantieri di Nuraxi Figus. Qui, i moduli vengono parzialmente assemblati in superficie per i primi test propedeutici all’installazione dell’intera colonna all’interno del Pozzo 1, dove già dallo scorso anno si stanno svolgendo le attività di adeguamento. L’altezza e il diametro dei pozzi, la loro configurazione, con accessi multipli e sistemi di sicurezza integrati e, soprattutto, la disponibilità di un’autostrada camionabile dalla superficie fino alla profondità di 500 metri, sono condizioni ideali per l’installazione in sicurezza di un impianto che avrà dimensioni uniche al mondo. Grazie alle sue infrastrutture d’avanguardia, realizzate quasi interamente all’interno di un pozzo minerario pre-esistente, ARIA sarà in grado di abbassare notevolmente i costi energetici di produzione, rendendo più accessibili e fruibili i preziosi elementi ottenuti dalla distillazione dell’aria. 
La distillazione criogenica è il metodo più efficace per la produzione di isotopi stabili. La torre di distillazione, oltre a produrre l’isotopo stabile 40Ar di interesse per i programmi di ricerca sulla materia oscura, servirà inoltre a realizzare studi pilota per la produzione degli isotopi 76Ge, 82Se, e 136Xe, di interesse per i programmi di ricerca sul neutrino svolti sempre ai Laboratori INFN del Gran Sasso. Inoltre, ARIA permetterà la sperimentazione e lo sviluppo della nuova tecnologia per la successiva produzione su larga scala di isotopi stabili di interesse commerciale, come 13C, 15N, e 18O, che trovano impiego per esempio in medicina e hanno un mercato internazionale di grande rilievo.

DarkSide e la ricerca di materia oscura ai Laboratori INFN del Gran Sasso 

Quasi un secolo di osservazioni astronomiche convincenti hanno mostrato che la materia ordinaria e visibile costituisce solo una piccola frazione dell’universo.  Esso risulta invece formato per la maggior parte da una componente di materia non visibile, detta materia oscura, e da una componente misteriosa di energia, detta energia oscura.  I Laboratori del Gran Sasso sono all’avanguardia mondiale 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 si basa sull’utilizzo dell’argon come mezzo di interazione: è 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 già raggiunto la sensibilità migliore al mondo per la ricerca di particelle di materia oscura di bassa massa.  Il prossimo rivelatore, DarkSide-20k, è stato pensato per realizzare il programma più ambizioso di ricerca e scoperta della materia oscura. Entrerà in operazione nel 2022, e richiederà l’utilizzo di 50 tonnellate di argon processate dall’impianto ARIA. Quindi, il progetto ARIA svolge un ruolo fondamentale nella strategia di possibile scoperta della materia oscura tramite rivelatori ad argon. L’unicità e le prospettive del progetto hanno permesso di riunire scienziati provenienti dai quattro angoli del globo a formare un’unica collaborazione internazionale che raccoglie tutti i ricercatori che hanno finora sviluppato rivelatori ad argon per la materia oscura: è la Global Argon Dark Matter Collaboration, il cui primo passo è il programma DarkSide ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso. 

DarkSide-20k è un esperimento approvato e finanziato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e dalla US National Science Foundation. Ulteriori contributi importanti saranno forniti da altri dieci paesi (Brasile, Canada, Cina, Francia, Germania, Gran Bretagna, Messico, Polonia, Spagna, Svizzera, Russia).

REIS - 27.08.2018