Buen día gente de cientifinga, el aporte de hoy es sobre una instalación para estudios de física avanzada que tenemos el privilegio de tener en la Argentina: El Acelerador Lineal de Particulas (TANDAR=TANdem ARgentino), que se utiliza para estudiar la materia a nivel nuclear y cuántico. Hasta unos años atrás, era la única instalación de este tipo en toda Latinoamérica. Disfruten el paseo y valoremos lo nuestro, que entre nosotros hay gente que sabe hacer las cosas muy bien, a pesar de la falta de incentivos!
Pablo
Antes, una breve descripcion de qué es un acelerador de partículas:
Los aceleradores de partículas son instrumentos que utilizan campos electromagnéticos para acelerar las partículas cargadas eléctricamente hasta alcanzar velocidades (y por tanto energías) muy altas, pudiendo ser cercanas a la de la luz. Además estos instrumentos son capaces de contener estas partículas. Un acelerador puede ser un tubo de rayos catódicos ordinario, formando parte de las televisiones domésticas comunes o los monitores de los ordenadores, hasta grandes instrumentos que permiten explorar el mundo de lo infinitamente pequeño, en búsqueda de los elementos fundamentales de la materia.
Existen dos tipos básicos de aceleradores, por un lado los lineales y por otro los circulares.
Aceleradores lineales
Los aceleradores lineales (muchas veces se usa el acrónimo en inglés linac) de altas energías utilizan un conjunto de placas o tubos situados en línea a los que se les aplica un campo eléctrico alterno. Cuando las partículas se aproximan a una placa se aceleran hacia ella al aplicar una polaridad opuesta a la suya. Justo cuando la traspasan, a través de un agujero practicado en la placa, la polaridad se invierte, de forma que en ese momento la placa repele la partícula, acelerándola por tanto hacia la siguiente placa. Generalmente no se acelera una sola partícula, sino un continuo de haces de partículas, de forma que se aplica a cada placa un potencial alterno cuidadosamente controlado de forma que se repita de forma continua el proceso para cada haz.
En los aceleradores de partículas más antiguos se usaba un Generador de Cockcroft-Walton para la amplificación del voltaje. Esta pieza del acelerador ayudó al desarrollo de la bomba atómica. Construido en 1937 por Philips de Eindhoven, se encuentra actualmente en el museo de ciencias naturales de Londres (Inglaterra)A medida que las partículas se acercan a la velocidad de la luz, la velocidad de inversión de los campos eléctricos se hace tan alta que deben operar a frecuencias de microondas, y por eso, en muy altas energías, se utilizan cavidades resonantes de frecuencias de radio en lugar de placas.
Los tipos de aceleradores de corriente continua capaces de acelerar a las partículas hasta velocidades suficientemente altas como para causar reacciones nucleares son los generadores Cockcroft-Walton o los multiplicadores de potencial, que convierten una corriente alterna a continua de alto voltaje, o bien generadores Van de Graaf que utilizan electricidad estática transportada mediante cintas.
Estos aceleradores se usan en muchas ocasiones como primera etapa antes de introducir las partículas en los aceleradores circulares. El acelerador lineal más largo del mundo es el colisionador electrón-positrón Stanford Linear Accelerator (SLAC), de 3 km de longitud.
Estos aceleradores son los que se usan en radioterapia y radiocirugía. Estos aceleradores utilizan válvulas klistrón y una determinada configuración de campos magnéticos, produciendo haces de electrones de una energía de 6 a 30 millones de electronvoltios (MeV). En ciertas técnicas se utilizan directamente esos electrones, mientras que en otras se les hace colisionar contra un blanco de número atómico alto para producir haces de rayos X. La seguridad y fiabilidad de estos aparatos está haciendo retroceder a las antiguas unidades de cobaltoterapia.
Dos aplicaciones tecnológicas de importancia en las que se usan este tipo de aceleradores son la espalación para la generación de neutrones aplicables a los amplificadores de potencia para la transmutación de los isótopos radiactivos más peligrosos generados en la fisión.
INTRODUCCION
El acelerador TANDAR funciona en las instalaciones de la Unidad de Actividad FISICA del CENTRO ATOMICO CONSTITUYENTES, de la COMISION NACIONAL DE ENERGIA ATOMICA.
Este acelerador, único de sus características en el país, se encuentra en operación rutinaria desde el año 1985, y es una herramienta fundamental en la tarea de la comunidad científica, ya sea en la investigación experimental básica o aplicada, tanto dentro como fuera de CNEA.
Desde su invención, en las primeras décadas del siglo XX, los aceleradores de partículas, sujetos a un proceso continuo de actualización, han contribuido notoriamente al desarrollo de la ciencia en campos tan diversos como la física, la ciencia de materiales, biología, medicina, energía, etc.
El acelerador TANDAR, un sofisticado equipo diseñado e instalado a principios de la década de los ’80, ha cumplido, y lo sigue haciendo, con esta importante misión, así como también con una no menos importante como es la formación de recursos humanos, tanto técnicos como científicos, como consecuencia de la actividad concentrada en torno a su funcionamiento.
Una de las cuatro salas experimentales
ANTECEDENTES HISTORICOS
Ya en el año 1951, trabajaban en la CNEA más de cincuenta científicos investigando activamente en el campo de las ciencias nucleares.
Durante 1953 y 1954, comienzan a funcionar, en la Sede Central, un acelerador lineal tipo Cockroft-Walton de 1,2 MV y un Sincrociclotrón de 180 cm, que permitía acelerar deuterones y partículas alfa hasta energías de 28 MeV y 56 MeV respectivamente. Estas máquinas, con mejoras y desarrollos posteriores, continuaron en operación hasta fines de los ’70, y permitieron un notable desarrollo en los grupos científicos vinculados a la física experimental.
Precisamente, la creciente demanda de esta comunidad científica, es la que impulsa la idea de una actualización del equipamiento existente, a medida que las máquinas disponibles entran en un período de obsolescencia que termina imponiendo fuertes limitaciones a los planes de investigación.
Es así como ya en el año 1969, se realizan estudios de factibilidad tendientes a la adquisición de máquinas más modernas, que por distintos motivos no llegan a materializarse. Sin embargo los proyectos se sucedieron, hasta que finalmente en 1976, el entonces Departamento de Física propuso la compra e instalación de un acelerador electrostático de 20 MV, como conclusión de un estudio que lo revela como el más conveniente para la investigación experimental en física nuclear de bajas energías. Este estudio recomienda también "...encarar la instalación de la máquina con criterios que amplíen al máximo su posible impacto en la comunidad científica argentina. Para ello, su ubicación debe contribuir a facilitar su uso por estudiantes graduados y personal de las universidades y de otros organismos de investigación y desarrollo."
Este proyecto, finalmente aprobado por las autoridades de CNEA en el curso de ese año, se materializó a fines de 1977, con la firma del contrato de construcción del acelerador suscripto con la firma Electrostatics International Inc., de EE.UU.
Asimismo, en una segunda fase, se adjudicó en el país el desarrollo de la ingeniería conceptual para las obras locales, como ser edificios, (de los cuales se destaca la torre de hormigón de 73 mts de altura), tanque de presión, sistema de trasvasamiento y almacenamiento de hexafluoruro de azufre, etc.
Dichas obras comenzaron de hecho a fines de 1979, con un cronograma compatible con la construcción, montaje, pruebas y puesta en marcha del acelerador. Finalmente, en Septiembre de 1985, se utilizó el primer haz de iones para experimentos, procediéndose a la inauguración oficial un año después, luego de la publicación del primer trabajo de investigación.
Construccion del tanque
SISTEMA DE PULSADO
SISTEMA DE GENERACION DE IONES
El sistema de generación de iones, (o inyector), es un conjunto de equipos diseñados para la obtención y conformación de haces de iones negativos y para su inyección en el acelerador.
Sus elementos constitutivos son la fuente de iones, la óptica electrostática necesaria para la extracción, enfoque y preaceleración de los mismos, un imán doblemente focalizante de 90° y ME/Z2= 12, con resolución 1/150, el sistema de vacío, las fuentes de alimentación y el sistema de control para todo el conjunto.
Todo el sistema está diseñado para operar a 300 kV negativos en un ambiente de aire limpio y seco.
La provisión original del acelerador incluía tres tipos distintos de fuentes de iones negativos, con el objeto de cubrir todos los elementos acelerables de la tabla periódica. Estas fuentes son una de tipo duoplasmatrón (fundamentalmente para protones y deuterones), una tipo alphatross (para acelerar helio) y otra de sputtering, para el resto de los elementos. Actualmente se utiliza con exclusividad una nueva fuente de sputtering, que permite obtener todos los tipos de iones requeridos.
SISTEMA DE PULSADO
Dado que el inyector genera haces de corriente continua, es conveniente contar con un sistema que permita, si se lo requiere, pulsar el haz, con el objeto de irradiar un blanco durante cortos períodos de tiempo y efectuar mediciones sin perturbaciones, mientras dura la interrupción.
Este sistema, que puede ser utilizado tanto para iones livianos como para pesados, está ubicado a la entrada del acelerador y se encuentra en etapa de desarrollo.
COLUMNA ACELERADORA
SISTEMA DE ACELERACION
El principio de funcionamiento que permite la aceleración de iones, se basa en el uso de un intenso campo eléctrico que actúa sobre ellos imprimiéndoles gran velocidad y por ende energía.
La columna aisladora del acelerador, dispuesta en forma vertical debajo del inyector, está constituída por cuarenta módulos de aluminio, separados entre sí por postes aisladores de 60 cm de alto. El terminal de alta tensión, un cilindro hueco de acero inoxidable de 2,44 mts de diámetro y 4,88 mts de altura, se encuentra ubicado en el medio de esta columna, determinando una zona de baja energía, (por encima del mismo), y una zona de alta energía, (por debajo). El diámetro de la columna es de 2,15 mts, y la altura total es de 34,84 mts.
Cada módulo de aceleración puede soportar una tensión de hasta 1 MV, resultando así en una tensión del terminal de 20 MV. También hay instaladas cuatro secciones muertas, (no aceleración), donde se ubican sistemas de vacío de los tubos y elementos de focalización y control del haz.
Para cargar eléctricamente al terminal, se utilizan actualmente dos cadenas tipo Pelletron capaces de transportar hasta 200 mA de carga, accionadas por un motor de 15 HP ubicado a nivel de tierra en la columna de baja energía. La estabilización de la tensión del terminal se logra utilizando un triodo corona controlado por un par de ranuras ubicadas a la salida del imán analizador o bien por un sistema que mide la tensión del terminal en forma indirecta.
La potencia necesaria para la alimentación de todos los elementos que se encuentran en el interior de la columna aceleradora se obtiene de generadores de 400 hz y 5 kVA que se encuentran en las secciones muertas y el terminal, y que son accionados por sendos ejes rotatorios de lucite movidos por dos motores de 25 HP ubicados uno en cada extremo de la columna.
Los tubos de aceleración, dentro de los cuales se confina el haz de iones, operan a una presión interna medida en el rango de 10-8 mbar, debiendo soportar una presión externa de hasta 10 atm. El vacío en los tubos se mantiene mediante la utilización de bombas iónicas.
Además de elementos de vacío, monitoraje y focalización, el terminal alberga dos sistemas de intercambiadores de carga que se utilizan a elección, (uno sólido, con folias de carbono, y uno gaseoso, con nitrógeno como gas de intercambio). Estos sistemas son fundamentales, ya que actúan sobre los iones incidentes de manera tal que remueven los electrones periféricos, transformando así los iones de simplemente negativos en varias veces positivos, con la consecuente ganancia de energía en la etapa de alta energía de la columna. (Recordar que E = q.DV).
Intercalado en esta etapa de alta energía, se encuentra otro intercambiador sólido que puede utilizarse con el propósito de incrementar aún más la energía de los iones emergentes.
Dado que es necesario proveer el acceso a distintos sectores de la columna de aceleración a los efectos de realizar servicios y reparaciones, se utilizan a tal fin una plataforma anular móvil que rodea toda la columna y un elevador unipersonal que se desplaza en el interior de la misma.
Chispa dentro del tanque
Columna aceleradora
TANQUE DE PRESION
SISTEMA DEL GAS SF6
TANQUE DE PRESION DEL ACELERADOR
A los efectos de lograr y mantener una tensión de 20 MV en el terminal del acelerador, se hace necesario emplazar este en una atmósfera de altas propiedades dieléctricas que impida la descarga del mismo en forma de chispas.
Para ello, toda la columna aceleradora está contenida en un tanque cilíndrico de presión de 7,6 mts de diámetro por 36,3 mts de altura, con un espesor de pared de 38 mm. Este tanque de acero se presuriza con hexafluoruro de azufre (SF6), hasta una presión máxima de 10 atm.
El acceso al interior del tanque se realiza a través de cinco compuertas con cierre de seguridad, que permiten alcanzar los ascensores de servicio.
Existen, por otra parte, gran cantidad de bridas y conexiones que permiten la comunicación entre el interior y el exterior del tanque.
SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE SF6
En la presurización normal del tanque del acelerador entran en juego aproximadamente sesenta toneladas de SF6 que hay que retirar del mismo y almacenar cada vez que sea necesario acceder a la columna aceleradora.
A tal fin se usa un sistema que mediante el uso de compresores de pistón seco y bombas de vacío tipo Roots, permite evacuar el tanque y llevar el gas a los tanques de almacenamiento en aproximadamente 24 horas.
El sistema está diseñado para minimizar las pérdidas de SF6 y evitar su contaminación con aceite o aire. Las bombas Roots también se encargan de extraer el aire del tanque previo a su rellenado con SF6.
El almacenamiento se realiza en fase gaseosa y para ello se cuenta con dos tanques esféricos de acero de 31 mm de espesor de 520 mts3 cada uno, con una máxima presión de trabajo de 23 atm.
Asimismo existe un sistema cuya función es recircular en forma continua el SF6 a través de dos lechos de alúmina. Esta operación se realiza mientras el acelerador está en operación y el objeto es eliminar la humedad y los productos de descomposición del gas que pudiera haber presentes. También se enfría el gas por medio de un intercambiador de calor, previamente a su reingreso al tanque con el fin de refrigerar los elementos que se encuentran en el interior del mismo.
Compresores
IMAN ANALIZADOR
SALA DE CONTROL
IMAN ANALIZADOR
Es un imán doblemente focalizante con una relación ME/Z2 = 500, un radio de curvatura de 2 mts. y una distancia focal objeto-imagen de 6,1 mts. La intensidad máxima de su campo magnético es de 16 kGauss.
El imán está montado sobre una base giratoria que permite dirigirlo y alinearlo con cada una de las distintas líneas experimentales. El conjunto tiene un peso total de aproximadamente 18 tn.
Además de la salida de 90° existen salidas de la cámara del imán a 15° y 0°, previstas para el análisis de haces moleculares pesados.
Iman Analizador
SISTEMA DE CONTROL
La operación del acelerador se realiza mediante un sistema de control, que permite ejecutar todas las maniobras de obtención del haz y su transporte hasta el blanco desde una Consola de Operación
El actual sistema de control del acelerador fue desarrollado recientemente en el Laboratorio y está basado en una PC 486 con un monitor de alta resolución y una interface PC-CAMAC. El software fue escrito en Visual Basic y corre bajo Windows. Asimismo el anterior enlace con el terminal de alta tensión, que se hacía mediante un lazo infrarrojo, fue reemplazado por un sistema de fibras ópticas
Sala de control del Analizador
COMISION NACIONAL DE ENERGIA ATOMICA
CENTRO ATOMICO CONSTITUYENTES
Av. Gral Paz y Constituyentes, San Martín, Pcia. de Buenos Aires, Argentina
Tel: (54-11) 6772-7007 - Fax: (54-11) 6772-7121
Se realizan tareas de investigación básica y aplicada, tanto teórica como experimental, en áreas de física nuclear, materia condensada, energía solar, desarrollos técnicos, servicios y formación de recursos humanos a nivel de grado y de posgrado. Además de la actividad tradicional en estructura y reacciones nucleares y materia condensada, la Unidad de Actividad está trabajando fuertemente en temas de sistemas complejos, superconductividad de alta temperatura crítica, energías intermedias y astropartículas. Esta unidad tiene a su cargo la operación del Laboratorio Tandar.
Se mantienen fuertes lazos con la comunidad científica internacional y gran parte de las investigaciones se realizan en colaboración con científicos extranjeros.
Se trabaja también en el desarrollo y aplicación de técnicas nucleares de alta precisión útiles en otras disciplinas científicas y/o aplicables a la resolución de problemas de impacto social directo. También se prestan servicios especializados: espectroscopía Mössbauer, análisis por rayos X, análisis multielemental con la técnica PIXE, electrónica, alto vacío, implantación iónica, recubrimientos, diseño de sistemas solares y medición de dispositivos fotovoltáicos
Y para los aprendices de Físicos, no se pierdan el Laboratorio Cero, que incluye visitas de colegios secundarios al Tandar
Cómo llegar al Centro Atómico Constituyentes de CNEA:
(Altura Av. Gral Paz al 1400)
Por Av. Gral Paz y sus colectoras circulan los colectivos 21, 28 y 117, que pasan por Puente Saavedra, Liniers, y Puente de la Noria.
Desde Plaza Italia se puede tomar el colectivo 111, o desde la Estación Chacarita el 111 o el 127 y hay que bajarse en Av. de los Constituyentes y Gral Paz.
Otra posibilidad es tomar el tren de la Línea Mitre (Ramal José León Suárez) desde la Estación de Retiro y bajar en la Estación Migueletes.
EN TODAS LAS OPCIONES GUIARSE POR LA TORRE TANDAR.
Pablo
Antes, una breve descripcion de qué es un acelerador de partículas:
Los aceleradores de partículas son instrumentos que utilizan campos electromagnéticos para acelerar las partículas cargadas eléctricamente hasta alcanzar velocidades (y por tanto energías) muy altas, pudiendo ser cercanas a la de la luz. Además estos instrumentos son capaces de contener estas partículas. Un acelerador puede ser un tubo de rayos catódicos ordinario, formando parte de las televisiones domésticas comunes o los monitores de los ordenadores, hasta grandes instrumentos que permiten explorar el mundo de lo infinitamente pequeño, en búsqueda de los elementos fundamentales de la materia.
Existen dos tipos básicos de aceleradores, por un lado los lineales y por otro los circulares.
Aceleradores lineales
Los aceleradores lineales (muchas veces se usa el acrónimo en inglés linac) de altas energías utilizan un conjunto de placas o tubos situados en línea a los que se les aplica un campo eléctrico alterno. Cuando las partículas se aproximan a una placa se aceleran hacia ella al aplicar una polaridad opuesta a la suya. Justo cuando la traspasan, a través de un agujero practicado en la placa, la polaridad se invierte, de forma que en ese momento la placa repele la partícula, acelerándola por tanto hacia la siguiente placa. Generalmente no se acelera una sola partícula, sino un continuo de haces de partículas, de forma que se aplica a cada placa un potencial alterno cuidadosamente controlado de forma que se repita de forma continua el proceso para cada haz.
En los aceleradores de partículas más antiguos se usaba un Generador de Cockcroft-Walton para la amplificación del voltaje. Esta pieza del acelerador ayudó al desarrollo de la bomba atómica. Construido en 1937 por Philips de Eindhoven, se encuentra actualmente en el museo de ciencias naturales de Londres (Inglaterra)A medida que las partículas se acercan a la velocidad de la luz, la velocidad de inversión de los campos eléctricos se hace tan alta que deben operar a frecuencias de microondas, y por eso, en muy altas energías, se utilizan cavidades resonantes de frecuencias de radio en lugar de placas.
Los tipos de aceleradores de corriente continua capaces de acelerar a las partículas hasta velocidades suficientemente altas como para causar reacciones nucleares son los generadores Cockcroft-Walton o los multiplicadores de potencial, que convierten una corriente alterna a continua de alto voltaje, o bien generadores Van de Graaf que utilizan electricidad estática transportada mediante cintas.
Estos aceleradores se usan en muchas ocasiones como primera etapa antes de introducir las partículas en los aceleradores circulares. El acelerador lineal más largo del mundo es el colisionador electrón-positrón Stanford Linear Accelerator (SLAC), de 3 km de longitud.
Estos aceleradores son los que se usan en radioterapia y radiocirugía. Estos aceleradores utilizan válvulas klistrón y una determinada configuración de campos magnéticos, produciendo haces de electrones de una energía de 6 a 30 millones de electronvoltios (MeV). En ciertas técnicas se utilizan directamente esos electrones, mientras que en otras se les hace colisionar contra un blanco de número atómico alto para producir haces de rayos X. La seguridad y fiabilidad de estos aparatos está haciendo retroceder a las antiguas unidades de cobaltoterapia.
Dos aplicaciones tecnológicas de importancia en las que se usan este tipo de aceleradores son la espalación para la generación de neutrones aplicables a los amplificadores de potencia para la transmutación de los isótopos radiactivos más peligrosos generados en la fisión.
INTRODUCCION
El acelerador TANDAR funciona en las instalaciones de la Unidad de Actividad FISICA del CENTRO ATOMICO CONSTITUYENTES, de la COMISION NACIONAL DE ENERGIA ATOMICA.
Este acelerador, único de sus características en el país, se encuentra en operación rutinaria desde el año 1985, y es una herramienta fundamental en la tarea de la comunidad científica, ya sea en la investigación experimental básica o aplicada, tanto dentro como fuera de CNEA.
Desde su invención, en las primeras décadas del siglo XX, los aceleradores de partículas, sujetos a un proceso continuo de actualización, han contribuido notoriamente al desarrollo de la ciencia en campos tan diversos como la física, la ciencia de materiales, biología, medicina, energía, etc.
El acelerador TANDAR, un sofisticado equipo diseñado e instalado a principios de la década de los ’80, ha cumplido, y lo sigue haciendo, con esta importante misión, así como también con una no menos importante como es la formación de recursos humanos, tanto técnicos como científicos, como consecuencia de la actividad concentrada en torno a su funcionamiento.
Una de las cuatro salas experimentales
ANTECEDENTES HISTORICOS
Ya en el año 1951, trabajaban en la CNEA más de cincuenta científicos investigando activamente en el campo de las ciencias nucleares.
Durante 1953 y 1954, comienzan a funcionar, en la Sede Central, un acelerador lineal tipo Cockroft-Walton de 1,2 MV y un Sincrociclotrón de 180 cm, que permitía acelerar deuterones y partículas alfa hasta energías de 28 MeV y 56 MeV respectivamente. Estas máquinas, con mejoras y desarrollos posteriores, continuaron en operación hasta fines de los ’70, y permitieron un notable desarrollo en los grupos científicos vinculados a la física experimental.
Precisamente, la creciente demanda de esta comunidad científica, es la que impulsa la idea de una actualización del equipamiento existente, a medida que las máquinas disponibles entran en un período de obsolescencia que termina imponiendo fuertes limitaciones a los planes de investigación.
Es así como ya en el año 1969, se realizan estudios de factibilidad tendientes a la adquisición de máquinas más modernas, que por distintos motivos no llegan a materializarse. Sin embargo los proyectos se sucedieron, hasta que finalmente en 1976, el entonces Departamento de Física propuso la compra e instalación de un acelerador electrostático de 20 MV, como conclusión de un estudio que lo revela como el más conveniente para la investigación experimental en física nuclear de bajas energías. Este estudio recomienda también "...encarar la instalación de la máquina con criterios que amplíen al máximo su posible impacto en la comunidad científica argentina. Para ello, su ubicación debe contribuir a facilitar su uso por estudiantes graduados y personal de las universidades y de otros organismos de investigación y desarrollo."
Este proyecto, finalmente aprobado por las autoridades de CNEA en el curso de ese año, se materializó a fines de 1977, con la firma del contrato de construcción del acelerador suscripto con la firma Electrostatics International Inc., de EE.UU.
Asimismo, en una segunda fase, se adjudicó en el país el desarrollo de la ingeniería conceptual para las obras locales, como ser edificios, (de los cuales se destaca la torre de hormigón de 73 mts de altura), tanque de presión, sistema de trasvasamiento y almacenamiento de hexafluoruro de azufre, etc.
Dichas obras comenzaron de hecho a fines de 1979, con un cronograma compatible con la construcción, montaje, pruebas y puesta en marcha del acelerador. Finalmente, en Septiembre de 1985, se utilizó el primer haz de iones para experimentos, procediéndose a la inauguración oficial un año después, luego de la publicación del primer trabajo de investigación.
Construccion del tanque
SISTEMA DE PULSADO
SISTEMA DE GENERACION DE IONES
El sistema de generación de iones, (o inyector), es un conjunto de equipos diseñados para la obtención y conformación de haces de iones negativos y para su inyección en el acelerador.
Sus elementos constitutivos son la fuente de iones, la óptica electrostática necesaria para la extracción, enfoque y preaceleración de los mismos, un imán doblemente focalizante de 90° y ME/Z2= 12, con resolución 1/150, el sistema de vacío, las fuentes de alimentación y el sistema de control para todo el conjunto.
Todo el sistema está diseñado para operar a 300 kV negativos en un ambiente de aire limpio y seco.
La provisión original del acelerador incluía tres tipos distintos de fuentes de iones negativos, con el objeto de cubrir todos los elementos acelerables de la tabla periódica. Estas fuentes son una de tipo duoplasmatrón (fundamentalmente para protones y deuterones), una tipo alphatross (para acelerar helio) y otra de sputtering, para el resto de los elementos. Actualmente se utiliza con exclusividad una nueva fuente de sputtering, que permite obtener todos los tipos de iones requeridos.
SISTEMA DE PULSADO
Dado que el inyector genera haces de corriente continua, es conveniente contar con un sistema que permita, si se lo requiere, pulsar el haz, con el objeto de irradiar un blanco durante cortos períodos de tiempo y efectuar mediciones sin perturbaciones, mientras dura la interrupción.
Este sistema, que puede ser utilizado tanto para iones livianos como para pesados, está ubicado a la entrada del acelerador y se encuentra en etapa de desarrollo.
COLUMNA ACELERADORA
SISTEMA DE ACELERACION
El principio de funcionamiento que permite la aceleración de iones, se basa en el uso de un intenso campo eléctrico que actúa sobre ellos imprimiéndoles gran velocidad y por ende energía.
La columna aisladora del acelerador, dispuesta en forma vertical debajo del inyector, está constituída por cuarenta módulos de aluminio, separados entre sí por postes aisladores de 60 cm de alto. El terminal de alta tensión, un cilindro hueco de acero inoxidable de 2,44 mts de diámetro y 4,88 mts de altura, se encuentra ubicado en el medio de esta columna, determinando una zona de baja energía, (por encima del mismo), y una zona de alta energía, (por debajo). El diámetro de la columna es de 2,15 mts, y la altura total es de 34,84 mts.
Cada módulo de aceleración puede soportar una tensión de hasta 1 MV, resultando así en una tensión del terminal de 20 MV. También hay instaladas cuatro secciones muertas, (no aceleración), donde se ubican sistemas de vacío de los tubos y elementos de focalización y control del haz.
Para cargar eléctricamente al terminal, se utilizan actualmente dos cadenas tipo Pelletron capaces de transportar hasta 200 mA de carga, accionadas por un motor de 15 HP ubicado a nivel de tierra en la columna de baja energía. La estabilización de la tensión del terminal se logra utilizando un triodo corona controlado por un par de ranuras ubicadas a la salida del imán analizador o bien por un sistema que mide la tensión del terminal en forma indirecta.
La potencia necesaria para la alimentación de todos los elementos que se encuentran en el interior de la columna aceleradora se obtiene de generadores de 400 hz y 5 kVA que se encuentran en las secciones muertas y el terminal, y que son accionados por sendos ejes rotatorios de lucite movidos por dos motores de 25 HP ubicados uno en cada extremo de la columna.
Los tubos de aceleración, dentro de los cuales se confina el haz de iones, operan a una presión interna medida en el rango de 10-8 mbar, debiendo soportar una presión externa de hasta 10 atm. El vacío en los tubos se mantiene mediante la utilización de bombas iónicas.
Además de elementos de vacío, monitoraje y focalización, el terminal alberga dos sistemas de intercambiadores de carga que se utilizan a elección, (uno sólido, con folias de carbono, y uno gaseoso, con nitrógeno como gas de intercambio). Estos sistemas son fundamentales, ya que actúan sobre los iones incidentes de manera tal que remueven los electrones periféricos, transformando así los iones de simplemente negativos en varias veces positivos, con la consecuente ganancia de energía en la etapa de alta energía de la columna. (Recordar que E = q.DV).
Intercalado en esta etapa de alta energía, se encuentra otro intercambiador sólido que puede utilizarse con el propósito de incrementar aún más la energía de los iones emergentes.
Dado que es necesario proveer el acceso a distintos sectores de la columna de aceleración a los efectos de realizar servicios y reparaciones, se utilizan a tal fin una plataforma anular móvil que rodea toda la columna y un elevador unipersonal que se desplaza en el interior de la misma.
Chispa dentro del tanque
Columna aceleradora
TANQUE DE PRESION
SISTEMA DEL GAS SF6
TANQUE DE PRESION DEL ACELERADOR
A los efectos de lograr y mantener una tensión de 20 MV en el terminal del acelerador, se hace necesario emplazar este en una atmósfera de altas propiedades dieléctricas que impida la descarga del mismo en forma de chispas.
Para ello, toda la columna aceleradora está contenida en un tanque cilíndrico de presión de 7,6 mts de diámetro por 36,3 mts de altura, con un espesor de pared de 38 mm. Este tanque de acero se presuriza con hexafluoruro de azufre (SF6), hasta una presión máxima de 10 atm.
El acceso al interior del tanque se realiza a través de cinco compuertas con cierre de seguridad, que permiten alcanzar los ascensores de servicio.
Existen, por otra parte, gran cantidad de bridas y conexiones que permiten la comunicación entre el interior y el exterior del tanque.
SISTEMA DE TRANSFERENCIA DE SF6
En la presurización normal del tanque del acelerador entran en juego aproximadamente sesenta toneladas de SF6 que hay que retirar del mismo y almacenar cada vez que sea necesario acceder a la columna aceleradora.
A tal fin se usa un sistema que mediante el uso de compresores de pistón seco y bombas de vacío tipo Roots, permite evacuar el tanque y llevar el gas a los tanques de almacenamiento en aproximadamente 24 horas.
El sistema está diseñado para minimizar las pérdidas de SF6 y evitar su contaminación con aceite o aire. Las bombas Roots también se encargan de extraer el aire del tanque previo a su rellenado con SF6.
El almacenamiento se realiza en fase gaseosa y para ello se cuenta con dos tanques esféricos de acero de 31 mm de espesor de 520 mts3 cada uno, con una máxima presión de trabajo de 23 atm.
Asimismo existe un sistema cuya función es recircular en forma continua el SF6 a través de dos lechos de alúmina. Esta operación se realiza mientras el acelerador está en operación y el objeto es eliminar la humedad y los productos de descomposición del gas que pudiera haber presentes. También se enfría el gas por medio de un intercambiador de calor, previamente a su reingreso al tanque con el fin de refrigerar los elementos que se encuentran en el interior del mismo.
Compresores
IMAN ANALIZADOR
SALA DE CONTROL
IMAN ANALIZADOR
Es un imán doblemente focalizante con una relación ME/Z2 = 500, un radio de curvatura de 2 mts. y una distancia focal objeto-imagen de 6,1 mts. La intensidad máxima de su campo magnético es de 16 kGauss.
El imán está montado sobre una base giratoria que permite dirigirlo y alinearlo con cada una de las distintas líneas experimentales. El conjunto tiene un peso total de aproximadamente 18 tn.
Además de la salida de 90° existen salidas de la cámara del imán a 15° y 0°, previstas para el análisis de haces moleculares pesados.
Iman Analizador
SISTEMA DE CONTROL
La operación del acelerador se realiza mediante un sistema de control, que permite ejecutar todas las maniobras de obtención del haz y su transporte hasta el blanco desde una Consola de Operación
El actual sistema de control del acelerador fue desarrollado recientemente en el Laboratorio y está basado en una PC 486 con un monitor de alta resolución y una interface PC-CAMAC. El software fue escrito en Visual Basic y corre bajo Windows. Asimismo el anterior enlace con el terminal de alta tensión, que se hacía mediante un lazo infrarrojo, fue reemplazado por un sistema de fibras ópticas
Sala de control del Analizador
COMISION NACIONAL DE ENERGIA ATOMICA
CENTRO ATOMICO CONSTITUYENTES
Av. Gral Paz y Constituyentes, San Martín, Pcia. de Buenos Aires, Argentina
Tel: (54-11) 6772-7007 - Fax: (54-11) 6772-7121
Se realizan tareas de investigación básica y aplicada, tanto teórica como experimental, en áreas de física nuclear, materia condensada, energía solar, desarrollos técnicos, servicios y formación de recursos humanos a nivel de grado y de posgrado. Además de la actividad tradicional en estructura y reacciones nucleares y materia condensada, la Unidad de Actividad está trabajando fuertemente en temas de sistemas complejos, superconductividad de alta temperatura crítica, energías intermedias y astropartículas. Esta unidad tiene a su cargo la operación del Laboratorio Tandar.
Se mantienen fuertes lazos con la comunidad científica internacional y gran parte de las investigaciones se realizan en colaboración con científicos extranjeros.
Se trabaja también en el desarrollo y aplicación de técnicas nucleares de alta precisión útiles en otras disciplinas científicas y/o aplicables a la resolución de problemas de impacto social directo. También se prestan servicios especializados: espectroscopía Mössbauer, análisis por rayos X, análisis multielemental con la técnica PIXE, electrónica, alto vacío, implantación iónica, recubrimientos, diseño de sistemas solares y medición de dispositivos fotovoltáicos
Y para los aprendices de Físicos, no se pierdan el Laboratorio Cero, que incluye visitas de colegios secundarios al Tandar
Cómo llegar al Centro Atómico Constituyentes de CNEA:
(Altura Av. Gral Paz al 1400)
Por Av. Gral Paz y sus colectoras circulan los colectivos 21, 28 y 117, que pasan por Puente Saavedra, Liniers, y Puente de la Noria.
Desde Plaza Italia se puede tomar el colectivo 111, o desde la Estación Chacarita el 111 o el 127 y hay que bajarse en Av. de los Constituyentes y Gral Paz.
Otra posibilidad es tomar el tren de la Línea Mitre (Ramal José León Suárez) desde la Estación de Retiro y bajar en la Estación Migueletes.
EN TODAS LAS OPCIONES GUIARSE POR LA TORRE TANDAR.