Air Products、宇宙の起源を研究する世界最大規模の物理実験に窒素液化冷凍システムを提供

Air Products、サウスダコタ州の深部地下ニュートリノ実験で進行中の複数年プロジェクトに関して、米国エネルギー省国立研究所であるフェルミ・リサーチ・アライアンスLLCと契約を締結

ペンシルベニア州リーハイバレー、2023年7月19日 /PRNewswire/ -- ビッグバンではなく、静かなペンのストロークで、Air Products と米国エネルギー省フェルミ研究所を管理・運営する Fermi Research Alliance LLC (FRA) の代表者が語った。フェルミラボとして知られる国立加速器研究所は、深部地下ニュートリノ実験「DUNE」の研究を支援するためのカスタム窒素液化装置パッケージを供給する契約をエア・プロダクツ社と締結した。

DUNE実験は、サウスダコタ州ブラックヒルズの地表から1マイル以上下、サンフォード地下研究施設（SURF）とイリノイ州のフェルミ研究所の研究キャンパスで行われる。 米国に本拠を置くフェルミ研究所は、DUNE プロジェクトへの 35 か国の参加を主導しています。

Air Products の最高執行責任者である Samir J. Serhan 博士は次のように述べています。「Air Products は、産業ガス分野における当社の経験と高度な技術を提供し、DUNE のこの重要な取り組みを支援できることに興奮しています。」 「Air Products のエンジニアは、当社のビジネスのいくつかの部分を組み込んだ革新的なソリューションを開発して、地下深くに輸送され、SURF サイトの地下洞窟でモジュール式に組み立てられる窒素冷却システムを作成しました。」

Air Products が DUNE 実験にどのように貢献しているかは次のとおりです。

DUNE の広大な洞窟には、液体アルゴンで満たされた大型のクライオスタットが収容され、それぞれのサイズは 5 階建てのビルほどの大きさです。 これらの大型アルゴンクライオスタットにより、約 1,300 マイル離れたイリノイ州バタビアで生成された陽子加速器ビームから来るニュートリノの検出が可能になります。 Air Products が設計した窒素液化システムは、ニュートリノ検出システムから蒸発するアルゴンを継続的に冷却し、再凝縮するために使用されます。

カスタマイズされた窒素冷凍装置パッケージには、Rotoflow® ターボ機械装置、窒素生成用の PRISM® メンブレン ソリューション、Air Products のコールド ボックス技術など、いくつかの Air Products ビジネス ユニットの技術が含まれています。

DUNE は、ニュートリノ研究における最大の国際物理学実験を代表します。 物理学者たちは、DUNE でのこれらの小さな亜原子粒子の研究は、世界が物質の基礎と宇宙の起源を理解するのに役立つ可能性があると信じています。 この研究には、35 を超える郡から 1,000 人を超える科学者が参加しています。

「DUNEの各大型クライオスタットには、粒子の軌跡を探すために17,500トンの超純度の液体アルゴンが含まれています」と、このプロジェクトに携わるフェルミ研究所のエンジニア、デビッド・モンタナリ氏は語った。 「窒素冷却システムは、最初にクライオスタットを液体アルゴンで満たし（アルゴンは地下で気相で輸送されます）、ボイルオフを再凝縮させることでアルゴンを液体として保つために必要です。DUNE が成功するには、不純物濃度を維持する必要があります。アルゴンは1兆分の1パーセント未満です。窒素冷却システムはそれを達成するための重要なステップです。」

DUNE プロジェクトの詳細

DUNE は、その研究を通じて 3 つの主要な科学目標を追求します。それは、宇宙が物質でできている理由がニュートリノである可能性があるかどうかを調べることです。 力の統一というアインシュタインの夢の実現に役立つ可能性のある亜原子現象を探すこと。 そして、爆発する星から現れるニュートリノを観察し、中性子星やブラックホールの誕生を目撃するかもしれません。

ニュートリノはどこにでも存在しますが、物質と相互作用することはほとんどありません。 毎秒、何兆個もの粒子が私たちの体を通過し、跡形もなく去っていきます。 物理学者たちは、これらの幽霊のような粒子を研究することによって、「なぜ宇宙は物質でできているのか?」といった疑問に答えたいと考えています。 自然界の 4 つの力の関係は何ですか? 星の爆発の余波でブラックホールはどのように形成されるのでしょうか?

DOE のフェルミラボは DUNE のホスト研究所であり、資金提供機関と協力して専門知識とコンポーネントを提供し、参加する各パートナー機関および各国に経済的利益をもたらします。 DUNE は、イリノイ州のフェルミ研究所とサウスダコタ州の SURF にある大規模なニュートリノ検出器で構成されています。 長基線ニュートリノ施設は、世界で最も強力なニュートリノビームを生成し、検出器のインフラを提供します。 フェルミ研究所の PIP-II 粒子加速器がニュートリノ ビームに電力を供給します。