KM3NeT: un telescopio sottomarino per identificare le sorgenti astrofisiche di raggi cosmici e di antimateria.
KM3NeT è una grande infrastruttura di ricerca costituita da due telescopi sottomarini, uno situato in Italia a 80 km a Sud Est di Capo Passero ad una profondità di 3500 m, ed il secondo in Francia a 40 km a Sud di Tolone ad una profondità di 2500 m.
I principali scopi scientifici che KM3NeT si propone sono la scoperta di sorgenti di neutrini astrofisici di alta energia nell’Universo, la determinazione della gerarchia di massa dei neutrini e la rivelazione indiretta di materia oscura.
I neutrini sono particelle dotate di massa infinitesimale, prive di una propria carica elettrica e in grado di interagire solo debolmente con la materia circostante. Possono viaggiare su distanze cosmologiche senza essere assorbiti o deflessi e pertanto possono fornirci importanti informazioni sulla sorgente in cui sono stati generati.
KM3NeT aprirà una nuova finestra sul nostro universo e permetterà, in generale, di studiare i fenomeni “esplosivi” dell’universo.
I due telescopi saranno costituiti da decine di migliaia di sensori ottici (fotomoltiplicatori), veri e propri “occhi” elettronici, costituenti un’antenna sottomarina in grado di identificare la scia luminosa (effetto Cherenkov) prodotta in mare dalle rare interazioni dei neutrini con l'acqua.
L'acqua avrà anche lo scopo di schermare il rivelatore dalla radiazione cosmica.
Date le notevoli dimensioni, KM3NeT rappresenterà la più grande stazione di monitoraggio (oceanografico, geofisico, chimico ed acustico) dell'ambiente marino, nonché un polo di sviluppo di tecnologie d'avanguardia per l'esplorazione degli abissi marini.
Sia il sito italiano che quello francese ospitano una rete sottomarina di cavi elettro-ottici per la distribuzione della potenza elettrica e la trasmissione su larga banda dei dati dei telescopi. Un cavo elettro-ottico principale è connesso ad un laboratorio a terra e ha il compito di trasmettere i dati in tempo reale.
Il telescopio per neutrini del sito italiano (ARCA, Astroparticle Research with Cosmics in the Abyss) sarà dedicato all'astronomia con neutrini di alta energia, mentre il rivelatore del sito francese (ORCA, Oscillation Research with Cosmics in the Abyss) sarà dedicato allo studio delle proprietà fondamentali dei neutrini.
Ambedue i rivelatori sono costituiti dagli stessi elementi, ma con una densità dei sensori ottici differente. Il rivelatore ARCA avrà un volume totale di circa 1 km3 e comprenderà 230 unità di rivelazione, organizzate in due "blocchi", con un totale di più di 4000 sensori ottici. Sarà capace di studiare i neutrini provenienti da sorgenti astrofisiche come le supernovae, i gamma ray burst o i nuclei galattici attivi.
La collaborazione KM3NeT è formata da più di 250 ricercatori, principalmente europei, che da anni sono impegnati nella progettazione e nella costruzione dei due rivelatori e della infrastruttura situata sul fondale marino.
La Galli e Morelli ha svolto un ruolo determinante sin dalla fase di studio e di ricerca del sito abissale di Capo Passero durante lo sviluppo del progetto pilota NEMO (Neutrino Mediterranean Observatory).
Nell'ambito del progetto KM3NeT, la Galli e Morelli ha realizzato (e sta tuttora realizzando) diversi particolari meccanici su commissione dell'INFN-LNS, l'INFN di Bari, l'INFN di Napoli, il CNRS ed il NIKHEF.
Nel dettaglio la Galli e Morelli ha già fornito:
I LOM sono dei veicoli lanciatori di forma sferica costituiti da una struttura in alluminio sulla quale vengono stoccate le unità di rilevamento (DU) che vengono poi dispiegate verticalmente in mare.
I materiali di base impiegati nella costruzione dei LOM sono profili di leghe di alluminio di tipo 6082 T6 o 5083 H32 con spessore compreso tra i 4 e i 6 mm. Tali profili vengono quindi piegati, lavorati su macchine CNC e saldati a TIG seguendo delle procedure specifiche e certificate.
I DOM sono costituiti da una sfera di vetro resistente alle alte pressioni di 17 pollici di diametro che ospita una struttura in alluminio su cui sono montati i fotomoltiplicatori (PMT), e l'elettronica per la distribuzione dell'alimentazione, la lettura, l'acquisizione e la trasmissione dei dati.
La struttura meccanica interna è costituita da una serie di particolari in alluminio assemblati, interamente lavorati con macchine CNC.
I Base Container sono dei contenitori in titanio Ti 6Al-4V costituiti da un cilindro e due flange al cui interno è alloggiato un telaio meccanico realizzato in alluminio, HDPE, rame e rame berillio. I Base Container hanno il compito di ospitare i componenti elettro-ottici di controllo di una stringa.
Il cilindro e le flange sono ricavate da materiale forgiato e poi lavorato su macchine utensili a controllo numerico al fine di ottenere l'estrema precisione richiesta dal progetto.
I Base Container, chiusi alle estremità dalle due flange e sigillate per mezzo di viti in titanio ed o-ring, sono progettati per resistere meccanicamente, senza infiltrazioni d'acqua e corrosione, a 350 bar per 20 anni.
Per garantire le specifiche richieste, ogni particolare viene collaudato su una macchina CMM ed alcuni contenitori vengono sottoposti ad un test idrostatico alla pressione di 400 bar.
Le strutture di ancoraggio per le stringhe hanno lo scopo di portare sul fondale marino il LOM ed il Base Container montati sopra di essa e sono utilizzate anche per interfacciarsi con l’infrastruttura del fondale collegata a terra.
Le strutture di ancoraggio sono costituite da un'intelaiatura in acciaio al carbonio sulla quale sono montati particolari in HDPE e POM lavorati di macchina utensile a controllo numerico.
Le ancore sono progettate e realizzate in modo da non richiedere alcun tipo di manutenzione per un periodo di almeno 15 anni in ambiente marino alla profondità di 3500 metri e alla temperatura di 14°C.
Tutte le saldature sono state realizzate da operatori altamente qualificati, seguendo procedure specifiche e certificate.
