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    Tesis

    Obtención de recubrimientos basados en Ni por electrodeposición

    2014



    Título Obtención de recubrimientos basados en Ni por electrodeposición
    Nombre BERTOLO, Alma Agostina
    Directores Dra. Del Grosso Mariela F. . CNEA. Argentina
    Dr. Kreiner Andrés J. . CNEA. UNSAM CONICET
    . .
    Tutor .
    Jurado .
    Lugar de realización CNEA Gerencia de Investigación y Aplicaciones, GIANN - CAC
    Código IT/IM - TS/122-14

    Resumen

    El presente trabajo se realizó en el marco de un proyecto de desarrollo de tecnología de aceleradores de partículas para la producción de neutrones, a ser empleados en distintas aplicaciones médicas y nucleares. Una de las más importantes tiene que ver con la implementación de la terapia para el tratamiento del cáncer por captura neutrónica en boro conocida como BNCT (Boron Neutron Capture Therapy).
    En la actualidad los reactores nucleares son las únicas fuentes de neutrones que se han implementado para esta terapia, tanto para investigación, como para ensayos clínicos.
    Sin embargo existe un consenso generalizado en la comunidad científico-tecnológica de BNCT sobre la importancia de desarrollar fuentes de neutrones basadas en aceleradores de partículas. Por un lado, la elección de una reacción nuclear apropiada, inducida por protones o deuterones, puede generar haces de neutrones mucho más blandos que el espectro de neutrones de fisión de un reactor. Esto permite producir más fácilmente el haz epitérmico requerido, y por ende lograr una mayor calidad terapéutica. Por otra parte, pero no menos importante, un acelerador es instalable en un hospital, lo que no es admisible para un reactor, tiene un costo considerablemente menor, una mayor facilidad de operación y licenciamiento, y una larga tradición de presencia en hospitales.
    En los últimos años se ha comenzado a desarrollar en CNEA un acelerador cuyo propósito es el de producir neutrones mediante la utilización de diferentes reacciones nucleares. Se trata de lograr un acelerador que pueda ser instalado en un hospital para poner a disposición de los oncólogos una fuente de neutrones dedicada. Para este proyecto, estamos diseñando un blanco de producción de neutrones de alta potencia. El desafío consiste en depositar de manera estable una capa delgada del material blanco (Be), con el que se pretende producir la reacción nuclear 9Be(d,n), sobre un sustrato adecuado que soporte la solicitación termomecánica, el daño por hidrógeno y por radiación inducido por el haz de protones. Estos procesos generan sobre los materiales del blanco fragilización y producción de ampollas (blistering) provocada por acumulación de hidrógeno y desplazamientos de átomos de sus posiciones originales.En este trabajo se presentan avances y desafíos asociados a la búsqueda de los materiales y los procesos óptimos para la fabricación de un blanco de producción de neutrones conformado por tres capas: un depósito estable de Be, un sustrato o armadura donde se frenan las partículas cargadas incidentes, y un sistema de refrigeración capaz de drenar el considerable calor depositado por el haz.
    Con el objetivo de desarrollar un sustrato óptimo para el Be, se llevó a cabo una búsqueda de los materiales adecuados para soportar las solicitaciones termomecánicas, el daño por radiación y por hidrógeno. En este sentido el W y sus aleaciones se manifiestan como los materiales más prometedores al momento de resistir el mencionado daño. En particular, se presenta una nueva aleación de alta entropía como candidata a ser el material utilizado como sustrato de la capa delgada de Be.
    También se exhibe al proceso de soldadura en estado sólido por difusión, como el proceso de soldadura recomendado para la unión del sistema de refrigeración, el cual será fabricado con Cu libre de oxígeno (OFCH); así como también para el proceso de unión de la armadura con el sistema de refrigeración. Para lograr este último objetivo, previamente es necesario producir de manera estable una capa delgada de Cu sobre el sustrato seleccionado, la cual facilitará la posterior unión de la armadura con el sistema de refrigeración.
    Palabras claves: BNCT, Producción de neutrones, Blancos, Aleación de alta entropía, Soldadura por difusión.

    Complete Title

    Abstract

    This work is a part of a project to develop electrostatic accelerator technology to produce neutrons for several medical and nuclear applications. One of the most important applications is related with the implementation of Boron Neutron Capture Therapy (BNCT) for cancer treatment.
    Nowadays, the only sources of neutrons that have been used for this therapy are nuclear reactors for both research and treatment. However, there is a general agreement within the international BNCT community concerning the importance to develop neutron sources based on particle accelerators. On one hand, the choice of an appropriate nuclear reaction, induced by protons or deuterons, can generate beams of much softer neutrons than the fission reactors do. This allows to achieve more easily the required epithermal beam and hence a greater therapeutic quality. On the other hand, an accelerator can be installed in a hospital, which is not acceptable for a reactor, with a considerably lower cost, ease of operation and licensing, and a long tradition of presence in hospitals.
    In recent years CNEA has started to develop an electrostatic accelerator which purpose is to produce neutrons by using several nuclear reactions. One goal is to obtain a machine that can be installed in a hospital to make available a dedicated neutron source to oncologists. For this project, we are designing a high power neutron production target. The challenge is to deposit a stable thin layer of target material (Be), which aims at utilizing the nuclear reaction 9Be(d,n), onto a suitable substrate capable of withstanding the thermomechanical stress, hydrogen and radiation damage induced by the proton beam.
    These processes generate on the target materials embrittlement and blistering caused by the accumulation of hydrogen and atom displacement from its original positions.
    In this work advances and challenges associated with finding optimal materials and processes for the manufacture of a neutron production target are presented. The proposed target consists of three layers: a stable Be deposit, a substrate or armor-frame where the incident charged particles are slowed down and stopped, and a refrigeration system that must be able to drain the considerable heat deposited by the beam.
    In order to develop an optimal substrate for Be, a search was conducted to find the suitable materials that will withstand thermomechanical stresses, radiation and hydrogen damage. In this sense, W and W alloys appear as the most promising materials to resist such damage. In particular, a new high entropy alloy as a candidate for substrate material of the Be thin layer is presented.This work also proposes the diffusion welding process, as the recommended welding process for joining the cooling system, which will be made of oxygen-free Cu (OFCH); as well as for the joining process of the armor-frame with the cooling system. To achieve the latter objective, it is necessary to produce a stable copper thin layer on the selected substrate, which will facilitate the subsequent joining between the substrate and the refrigeration system.
    Keywords: BNCT, Neutron production, Targets, High entropy alloy, Diffusion welding.

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