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Tesis

Estudio de la homogeneidad de deuterio en blancos de producción de neutrones de TiD2 para aceleradores, mediante imágenes con neutrones

2020



NombreLuis Alberto Martinez
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina
Directores

Dr. Rodolfo Pérez (CNEA-CONICET-UNSAM) - Argentina
Mg. Alejandro Fasciszewski Zeballos - Argentina
Dr. Alberto L. Baruj (CNEA-CONICET) - Argentina

Lugar de realización

Laboratorio de haces de neutrones CAC-CNEA

Fecha Defensa16 /03/2020
JuradoDr. José BRIZUELA.  CNEA, UNSAM, CONICET - Argentina
Lic. Alberto PASTORINI.   CNEA - Argentina
CódigoITS/TM 209/20

Título completo

Estudio de la homogeneidad de deuterio en blancos de producción de neutrones de TiD2 para aceleradores, mediante imágenes con neutrones

Resumen

Desde hace varios años, en la CNEA, se está desarrollando tecnología de aceleradores electrostáticos para la producción de neutrones mediante reacciones nucleares inducidas por haces de partículas cargadas.

Particularmente, existe un gran interés por la reacción D (d, n). Esta reacción nuclear productora de neutrones ocurre a energías de bombardeo muy bajas, y ya a 150 keV tiene una sección eficaz importante.

Con el fin de llevar a cabo esta reacción nuclear, se requiere que un haz de deuterones (d+) de alta corriente impacte sobre un material al que llamaremos blanco de producción de neutrones, el cual debe contener, a su vez, átomos de deuterio de manera estable. Uno de los materiales propuestos es el TiD2, el cual ha sido fabricado en la CNEA.

La homogeneidad del hidruro a lo largo de la superficie de la película delgada de TiD2 garantiza la tasa de producción de neutrones, ciertos trabajos han observado que solo bajo ciertas condiciones de temperatura del sustrato y presión de deuterio (que deberá evitarse), el hidruro se desarrolla en zonas específicas de la superficie de la muestra donde progresa selectivamente, en lugar de extenderse homogéneamente sobre toda la superficie.

Por otro lado, con el fin de poder drenar toda la energía del haz incidente sobre el blanco de producción de neutrones, se propone incorporar al diseño del acelerador un sistema de refrigeración de alto desempeño que cumpla con una serie de requerimientos tanto desde el punto vista termo mecánico como desde el punto de vista de la neutrónica .

Uno de los desafíos durante la fabricación de este dispositivo, consiste en la unión entre dos piezas de aluminio, una plana y otra en la cual se han mecanizado los microcanales de geometría cuadrara de 500 µm de espesor por los que circulará el refrigerante. La técnica de unión elegida en este caso es la soldadura por difusión.

El objetivo de esta tesis consiste en estudiar el grado de homogeneidad de deuterio en películas delgadas de TiD2, mediante la técnica de imágenes con neutrones, utilizando la instalación para radiografía y tomografía de CNEA, en el reactor de investigación RA-6 ubicado en el Centro Atómico Bariloche.

Como así también verificar de modo no invasivo que el procedimiento por el cual se ha llevado a cabo esta soldadura ha cumplido con el objetivo deseado, o sea,  en unir de manera plena la tapa del dispositivo con el disipador de calor y que el flujo de agua circula únicamente por los microcanales. Para ello, se propone utilizar la técnica de imágenes por neutrones.

 

 

Palabras claves: neutrografia, películas delgadas, blanco de producción de neutrones.    

Complete Title

Study of deuterium homogeneity in TiD2 neutron production targets for accelerators, using neutron imaging

Abstract

For several years, an electrostatic accelerator technology has been developed for the production of neutrons through nuclear reactions induced by bundles of charged particles at CNEA.

Particularly, there is great interest in the reaction D (d, n). This reaction occurs at very low bombardment energies, and already at 150 keV it has an important effective cross section.

In order to carry out this nuclear reaction, a high-current deuteron (d +) beam is required to impact a material we will call a neutron production target, which must contain, deuterium atoms in a stable way. One of the proposed materials is TiD2, which has been manufactured at CNEA.

The homogeneity of the hydride along the surface of the thin film of TiD2 guarantees the neutron production rate, several works have observed that only under certain conditions of substrate temperature and deuterium pressure (to be avoided), the hydride will It develops in specific areas of the surface of the sample where it progresses selectively, instead of spreading homogeneously over the entire surface.

On the other hand, in order to be able to drain all the energy of the incident beam on the neutron production target, it is proposed to incorporate a high performance cooling system into the accelerator design that meets a series of requirements.

One of the challenges during the manufacture of this device is the union between two pieces of aluminum, one flat and the other in which the microchannels of 500 µm thick block geometry through which the refrigerant will circulate have been machined. The joining technique chosen in this case is diffusion welding.

The objective of this thesis is to study the degree of homogeneity of deuterium along the thin films of TiD2, using the neutron imaging technique at the CNEA radiography and tomography facility, in the RA-6 research reactor located in the  Atomic Center in Bariloche city.

On the other hand, this work aims to verify in a non-invasive way that the procedure by which this welding has been carried out has fulfilled the desired objective, that is, to fully connect the cover of the device with the heat sink and that water flow circulates only through the microchannels. For this, it is proposed to use the neutron imaging technique.

 

 

Keywords: neutrography, thin films, neutron production target

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