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Tesis

Optimización de centelladores basados en 6Li para imágenes por neutrones y medidores de flujo neutrónico

2020



Nombre

Federico CABELLO
Ingeniero Químico -Universidad Nacional de Misiones
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina

Directores

Dres. Horacio Corti, CNEA - Argentina
Federico Viva, CNEA - Argentina

Lugar de realizaciónGerencia de Investigación y Aplicaciones . CAC-CNEA
Fecha Defensa28/07/2020
Jurado

Dra. Victoria Flexer, CONICET-UNJU - Argentina
Dr. Federico Suarez, CNEA-CONICET-UNSAM-UTN - Argentina
Mag. Silvia Thorp, CNEA - Argentina

CódigoITS/TM 211/20

Título completo

Optimización de centelladores basados en 6Li para imágenes por neutrones y medidores de flujo

Resumen

La separación isotópica de 6Li por vías electroquímicas es una técnica que presenta potenciales aplicaciones en la industria nuclear debido a su simplicidad y a su bajo impacto ambiental frente a otras. En este trabajo, se experimentó con la electrodeposición de Li a partir de dos electrolitos diferentes: bis(trifluorurometanosulfonil)imida de litio (LiTFSI) en 1,2-metoxietano (DME); y trifluorurometanosulfonato de litio (LiTf) en bis(2-metoxietil) éter (DG). La electrodeposición se realizó sobre electrodos de Ni mesoporoso, también fabricados electroquímicamente, y se comparó su rendimiento frente a láminas de Ni pulidas. Los resultados de separación isotópica muestran que, si bien se evidencia una deposición preferencial de 6Li, los valores parecen ser menores a los reportados para otros electrolitos. Por otra parte, los electrodos mesoporosos de Ni mostraron factores de separación similares a las láminas pulidas, pero con densidades de corriente mayores, por lo que se presentan como una oportunidad para aumentar la eficiencia de la técnica. Una de las aplicaciones nucleares del 6Li es en centelladores basados en 6LiF/ZnS:Ag para neutrografías y para detectores de flujo neutrónico. Se optimizó la fabricación de centelladores por aplicación con aerógrafo de la carga 6LiF + ZnS:Ag dispersos en polimetilmetacrilato (PMMA); y se desarrolló una técnica por moldeo de la carga 6LiF + ZnS:Ag dispersa en resina epoxi. Las pruebas de neutrografía se realizaron en el RA-6 del Centro Atómico Bariloche, y la técnica por moldeo con resina epoxi exhibió, entre otras ventajas, mayor control del espesor y menores pérdidas de material; mientras que los centelladores fabricados mostraron rendimientos superiores a las fabricadas con PMMA, y comparables a placas centelladoras comerciales. También se analizó la molienda de la carga centelladora y su eventual fracaso como procedimiento para aumentar la eficiencia de las placas centelladoras. Por último, detectores de flujo neutrónico con los centelladores fabricados fueron ensamblados y ensayados en colaboración con investigadores del Centro Atómico Ezeiza. Los resultados parecen indicar que la sensibilidad a neutrones es mayor en los centelladores basados en resina epoxi, pero que la discriminación de rayos es más efectiva en los centelladores basados en PMMA. Palabras clave: litio-6, separación isotópica, electrodos mesoporosos, electrodeposición sobre Ni, centelladores, neutrografía, ZnS:Ag, detección de neutrones.

Complete Title

Optimization of 6LiF/ZnS:Ag scintillators for neutron imaging and flow measurement

Abstract

Electrochemical isotopic separation of 6Li is a technique that has potential application in the nuclear industry due to its simplicity and lower environmental impact compared to others. In this work, the electrodeposition of Li from two different electrolytes was evaluated: LiTFSI in DME; and LiTf in DG. The electrodeposition was performed on mesoporous Ni electrodes, also electrochemically made, and its performance was compared against smooth Ni foils. Isotopic separation results show that, although 6Li preferential deposition is measurable, values seem to be lower than those reported for others electrolytes. However, mesoporous Ni electrodes showed separation factors similar to the smooth ones, but with higher current densities, which could mean an opportunity to improve the general efficiency of the technique. One of the nuclear applications of 6Li is in 6LiF/ZnS:Ag based scintillators for neutron imaging and neutron flux detectors. The manufacture of scintillators through airbrush application of the 6LiF/ZnS:Ag dispersed in polymethylmethacrylate (PMMA) was optimized; and also, a technique by molding the 6LiF/ZnS:Ag dispersed in epoxy resin was developed. Neutron imaging tests were performed in the RA-6 at the Centro Atómico Bariloche, and the molding with epoxy resin technique exhibited, among other advantages, better thickness control and less material loss. The manufactured scintillators also showed higher yields than those made with PMMA, and comparable to commercial scintillator screens. The grinding of the ZnS:Ag and its eventual failure as a procedure to increase the efficiency of the scintillator screens were also analyzed. Neutron flow detectors with the scintillators manufactured were assembled and tested in collaboration with researchers from Centro Atómico Ezeiza. Results seem to indicate that neutron sensibility is higher in the epoxy resin based scintillators, but that -rays discrimination is more effective in PMMA based scintillators. Key words: lithium-6, isotopic separation, mesoporous electrodes, electrodeposition on Ni, scintillator screens, neutron imaging, ZnS:Ag, neutron detection. 


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