Numerical Studies of Reactive Multiphase Flow on LAr Purification System for LBNF-DUNE

• Grant number: 25/06800-6
• Support Opportunities: Scholarships in Brazil - Technical Training Program - Technical Training
• Start date: June 01, 2025
• End date: May 31, 2027
• Field of knowledge: Engineering - Chemical Engineering - Industrial Operations and Equipment for Chemical Engineering
• Principal Investigator: Dirceu Noriler
• Grantee: Pedro Bianchi Neto
• Host Institution: Faculdade de Engenharia Química (FEQ). Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP). Campinas , SP, Brazil
• Associated research grant: 24/07128-7 - Advanced Instrumentation for large facilities in High Energy Physics: LAr purification and Photodetection for LBNF-DUNE, AP.ESP

Abstract

Os neutrinos continuam sendo um dos maiores mistérios da física de partículas. Apesar de estarem entre as partículas mais abundantes do universo, suas propriedades ainda são pouco compreendidas. Para desvendar alguns de seus segredos, um importante projeto multidisciplinar de escopo internacional - o Deep Underground Neutrino Experiment (DUNE) - está atualmente em desenvolvimento. Esta iniciativa é patrocinada pelo Fermilab, parte do Departamento de Energia dos EUA, e envolve a colaboração de vários países, incluindo o Brasil. O projeto DUNE apresenta desafios científicos e tecnológicos significativos, ao mesmo tempo em que oferece oportunidades de pesquisa de alto impacto. Um dos principais desafios reside no manuseio criogênico do argônio líquido (LAr), que exige avanços em seus processos de produção, purificação e regeneração. Estudos anteriores propuseram purificadores inovadores de oxigênio (O2) e nitrogênio (N2), que agora requerem projetos robustos em escala para potencial implementação no DUNE. Esta proposta visa investigar o escoamento multifásico reativo em purificadores de argônio líquido e analisar o comportamento do fluxo dentro do fotodetector usando modelagem matemática e simulação numérica. Ao final do projeto, o objetivo é estabelecer um sistema abrangente e em larga escala de purificação e regeneração de LAr, adaptado às necessidades do DUNE. Este sistema definirá parâmetros-chave como o número de filtros, ciclos de filtração, tempo de processamento e protocolos de regeneração para o meio filtrante.