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Tesis

Diseño, fabricación, caracterización y aplicación de dispositivos de alto contraste neutrónico para su implementación en instrumentos de radiografía y tomografía de neutrones del LAHN

2021



Nombre

Cynthia CALLISAYA
Lic. en Física de la Universidad Nacional de Salta.
Magíster en Ciencia y Tecnología de Materiales - Instituto Sabato UNSAM/CNEA - Argentina

Directores

Dr. JAVIER SANTISTEBAN - Argentina
Ing. KARINA PIERPAULI - Argentina

Lugar de realización

Departamento Administración Haces de Neutrones del RA-10 - Gerencia Investigación y Aplicaciones (GAIyANN) - Centro Atómico Constituyentes - CNEA

Fecha Defensa08/03/2021
Jurado

Dr. Alberto Baruj. CNEA - Argentina
Dr. Carlos A. Rinaldi. CNEA, UNSAM - Argentina
Dr. Néstor Ghenzi. UNDAV, YTEC - Argentina

CódigoITS/TM 214/20

Título completo

Diseño, fabricación, caracterización y aplicación de dispositivos de alto contraste neutrónico para su implementación en instrumentos de radiografía y tomografía de neutrones del LAHN

Resumen

La caracterización de la resolución espacial de un instrumento de imágenes por neutrones permite establecer  con precisión los límites experimentales y la confiabilidad de la información generada al analizar las imágenes producidas. La determinación de la resolución real permite además evaluar la eficacia de desarrollos destinados a mejorar la performance de este tipo de instrumento.

El objetivo de este  trabajo es diseñar, fabricar, caracterizar y aplicar dispositivos de alto contraste neutrónico, que permitan determinar la resolución espacial en el rango de  5 y 500 µm. Para conseguir dispositivos de alto contraste neutrónico se seleccionó como material de sustrato el Silicio () y como material absorbente óxido de Gadolinio . Se propusieron tres tipos de patrones: barras  (PB), estrella Siemens(ES) y cuadrados. Se estableció como estrategia de fabricación utilizar la tecnología de Microfabricación (MEMS, por sus siglas en inglés Micro- Electro-Mechanical  Systems), para conseguir los rangos de resolución requeridos para el dispositivo. El mismo pudo desarrollarse íntegramente con las técnicas disponibles en el Departamento de Micro y Nanotecnología y el Departamento de Materia Condensada del CAC.

La eficacia de los distintos dispositivos fabricados para la determinación de la resolución se realizó  mediante experimentos realizados en el instrumento de imágenes por neutrones térmicos del reactor RA-6 (Centro Atómico Bariloche),  y el instrumento de imágenes por neutrones fríos de la guía NG6  del NIST Centre for Neutron Research (USA). Los resultados obtenidos permitieron establecer  la resolución espacial de cada instrumento y la caracterización de los dispositivos hasta el límite de resolución intrínseca del instrumento de la guía NG6 del NIST.

Complete Title

Design, manufacture, characterization and application of high contrast neutron devices for implementation in LAHN neutron tomography and radiography instruments

Abstract

The characterization of the spatial resolution of a neutron imaging instrument allows the precise determination of its experimental capabilities and the confidence of the information produced from the analysis of the images produced with it. The determination of the real resolution allows also evaluating the efficacy of specific development devised to improve the performance of neutron imaging instruments.

The aim of the present work is to design, manufacture, characterize, and apply devices of high neutron contrast, capable of determine spatial resolutions within the 5 – 500 µm range.  For this purpose, we have chosen gadolinium oxide powder as absorbing material , and monocrystalline silicon as a nearly-transparent substrate ().  Three resolution patterns were included in the device: bars (PB), Siemens stars (ES) and squares. MEMS technology was chosen for fabrication as it can effectively deal with the resolution ranges included in the device. The device was entirely produced using the manufacturing and characterization techniques available at the Department of Micro and Nano Technology and the Department of Condensed Matter of Centro Atómico Constituyentes.

The efficacy of the fabricated patterns for the determination of spatial resolution was defined by experiments performed in the thermal neutron imaging beamline of the RA-6 reactor (Centro Atómico Bariloche) and the cold neutron imaging beamline NG6 of the NIST Centre for Neutron Research (USA). The results allowed establishing the spatial resolution of both instruments under different configurations, and the characterization of the test device up to the intrinsic resolution of the NG6 beamline.


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