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1.1. DISEÑO Y MONTAJE DE UNA LÍNEA EN EL DISEÑO Y MONTAJE DE UNA LÍNEA EN EL ACELERADOR DE 5MV DEL CMAMACELERADOR DE 5MV DEL CMAM--UAM PARA UAM PARA FÍSICA NUCLEAR EXPERIMENTALFÍSICA NUCLEAR EXPERIMENTAL
2.2. EXPERIMENTOS QUE SE REALIZARÁN EN LA EXPERIMENTOS QUE SE REALIZARÁN EN LA LÍNEALÍNEA
Autor: Adolfo Sabán Iglesias
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INTRODUCCIÓNINTRODUCCIÓN• Los países con cierto desarrollo científico-tecnológico
poseen desde hace años aceleradores lineales de iones.• Al principio se utilizaban casi exclusivamente para Física
Nuclear. La necesidad de más altas energías en ese campo los reconvirtieron para otros fines, (Análisis-Materiales).
• España es especialmente deficitaria, solo el CNA (Sevilla) y el reciente CMAM-UAM
• Estos aceleradores vuelven a ser de utilidad en Física Nuclear para estudios de reacciones que no necesitan elevadas energías de aceleración del proyectil.
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CENTRO DE MICROANÁLISIS DE MATERIALES (CMAM)
• Situado en Campus Cantoblanco UAM, empezó a prestar servicio en noviembre 2002, oficialmente inaugurado 24 de Marzo 2003.
• Especializado en técnicas IBA (Ion Beam Analysis), entre las más importantes: Rutherford Backscattering Spectroscopy-RBS, Emisión de Rayos X inducidos por partículas-PIXE, Análisis de Detección de Retroceso Elástico- ERDA ó Análisis de Reacción Nuclear-NRA.
• El CMAM cuenta con acelerador tandem (Cockroft-Walton), de 5MV de la empresa HVEE.
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CENTRO DE MICROANÁLISIS DE MATERIALES CENTRO DE MICROANÁLISIS DE MATERIALES (CMAM)(CMAM)
• CMAM ha creado un programa de investigación inter-disciplinar que incluye cooperación tecnológica con organismos públicos y privados en diferentes áreas: Medio Ambiente, Patrimonio Histórico, Microelectrónica, etc.
• CMAM tiene un convenio de colaboración con varios organismos (públicos y privados) para el uso de sus instalaciones. En particular para este proyecto, UAM(CMAM) firmó un convenio con CSIC(IEM-Grupo de Física Nuclear Experimental)
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ACELERADORES LINEALES ACELERADORES LINEALES ELECTROSTÁTICOSELECTROSTÁTICOS
• TIPO COCKCROFT-WALTON (1932)(CMAM-
UAM). ENERGIA: 0,1-5MV. CORRIENTES 1nA-10µA.
•TIPO VAN DER GRAAFF (PELLETRON CNA-
SEVILLA). ENERGÍA: 0,3-3MV
Vo=100kVV(t)=Vo sen ωt
R1
R2
Terminal de Alto Voltaje
C6E
C5 D
C4CBC3 V=Q/CA C2
C1
Vac
20kV
ACELERADOR CMAM-UAM EN MONTAJE
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TANQUE
LÍNEAS EXPERIMENTALES (CSIC)
ACELERADOR DEL CMAMACELERADOR DEL CMAM--UAMUAMESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO
ELECTROIMAN CONMUTADOR
ENERGÍA MAX.
TERMINAL
E=5(Z+1) MeV
3 MeV H+ :15 µA
3 MeV He2+ : 1 µA
9 MeV Si2+ : 61 µA
12 MeV Si3+ : 125 µA
21 MeV Si6+ : 3 µA
15 MeV Au2+ : 16 µA
20 MeV Au3+ : 21 µA
55 MeV Au10+ : 0,054 µADOS FUENTES DE
IONES
•PLASMA
•SPUTTERING
SIETE PUERTOS DE SALIDA (ángulos 0º, -10º, +15º, ±30º y ±45º)
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LA LÍNEA PARA FISICA NUCLEARLA LÍNEA PARA FISICA NUCLEARCOMPONENTES MECÁNICOS
DN 63 CF 63 CF
100
160 cm
DN63 CF 100ISO
7 cm
100
TRAMO II EXPERIMENTOLONGITUD LINEA HASTA
CAMARA 460 cm TRAMO I OBSERVACION HAZ
150 cm25 cm 22 cm
20 cm5 cm 5 cm15 cm20cm
100 cm
40 cm
26cmHAZ
Cámara de vacío
7 cm
Bomba 1Bomba 2
COMPONENTES DISEÑO Y FABRICACIÓN CSICCOMPONENTES ADQUIRIDOS
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APOYOS Y ALINEAMIENTOS CAJA DE OBSERVACION
LA LÍNEA PARA FISICA NUCLEARLA LÍNEA PARA FISICA NUCLEAR
COMPONENTES MECÁNICOS. DISEÑOS CSIC
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SISTEMA DE VACÍOSISTEMA DE VACÍO
• DOS BOMBAS TURBOMOLECULARES 250 l/s, 5x10-9 mb.
• DOS BOMBAS PREVIAS 83 l/min, 6,6x10-2 mb.
• DOS SONDAS DE PRESIÓN RANGO COMPLETO (5x10-9
/1000 mbar), Y SET-POINT PROGRAMABLE
SISTEMA ANTI-VIBRACIONES
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SISTEMA DE OBSERVACIÓN DE HAZSISTEMA DE OBSERVACIÓN DE HAZ
COPA FARADAYBEAM PROFILE MONITOR COLIMADOR O SLIT
•POSICION DEL HAZ
•BARRIDO EJES X, Y
•MIDE PERFIL DE INTENSIDAD EN DOS EJES PERPENDICULARES AL HAZ
•FRECUENCIA DE BARRIDO(18 Hz)
•BLOQUES DE TUNGSTENO
•MANUAL O CONTROL REMOTO
•COLIMACIÓN DEL HAZ SIMULTÁNEA EN EJES X, Y
•MIDE CORRIENTES DEL HAZ
•PLATO APERTURA
•PIEZA INTERMEDIA PARA POLARIZAR LA COPA(-100V)
•FONDO MEDIDOR DE CORRIENTE
SONDAS 516 P-V (DANFYSIK) SLIT (DANFYSIK) COPA FARADAY (CSIC)
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SISTEMA DE OBSERVACIÓN DE HAZSISTEMA DE OBSERVACIÓN DE HAZ
REPRESENTACIÓN BPM
POSICIÓN DEL HAZ RESPECTO AL
CENTRO DEL TUBO DE LA LÍNEA
REPRESENTACIÓN EN LA PANTALLA DE UN OSCILOSCOPIO DEL
PERFÍL DE INTENSIDAD DEL HAZ
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SISTEMA DE OBSERVACIÓN DE HAZSISTEMA DE OBSERVACIÓN DE HAZ
COLIMADOR O SLIT (CSIC)
BLOQUES DE COLIMACIÓN FABRICADOS EN TUNGSTENO
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SISTEMA DE OBSERVACIÓN DE HAZSISTEMA DE OBSERVACIÓN DE HAZ
DIAGRAMA DE CONEXIONES
SIG X
516V BPM
F. CUP
CUP BIAS SUPPLY
12 COND. GAIN
CORRIENTE HAZ
POSITION SIGNAL
OSCILOSCOPIO ON LINE
SIG X
ELEC-TRONI
CA-BPM522
COAX.DRIVESIG Y
BPM COAX SIGNALPREAMPLIFI548
COAX AMPERIMETRO
571 POSITIONMARKER
PC SALA DE CONTROL
PRIMERA FASE ON LINE
SIG YSEGUNDA FASE, SALA DE CONTROL
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EXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEAEXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEAREACCIONES NUCLEARES
1. p + 11B → 12C* → α + α + α
2. 3He + 9Be → 12C* → α + α + α
3. 6Li + 6Li → 12C* → α + α + α
4. 3He + 6Li → 9B* → α + α + p
5. d + 7Li → 9Be* → α + α + n
6. 3He + 10B → → α + α + α + p
• OBJETIVO, CARACTERIZAR NUCLEOS LIGEROS: NIVELES EXCITACIÓN, PARIDAD Y ESPÍN DE 12C* 9B* 9Be*
• REACCIONES (1) Y (4) INTERES COMBUSTIBLE FUSION NUCLEAR
• INTERES ASTROFÍSICO EN EL 12C*
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1ra Fase
EXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEAEXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEAPROCESOS SECUENCIALES
Fase Intermedia
Estado Final PROCESO SECUENCIAL, LAS
ENERGÍAS DE c,d Y f , MODULADAS POR
EL NÚCLEO INTERMEDIO b´
a = PROYECTIL fuertemente ligado
b = NÚCLEO (b´ núcleo pesado, b´´ partícula débilmente ligada más ligera)
c y d = partículas del break-up del núcleo intermedio b´
MIDIENDO ENERGÍA Y CORRELACIÓN ANGULAR EN COINCIDENCIA DEL ESTADO FINAL, CARACTERIZAMOS NÚCLEO INTERMEDIO
b´
b´´
cb´a
d
b´´=fb f
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MEDIR LA ENERGÍA Y LOS ÁNGULOS DE SALIDA DE LAS PARTÍCULAS (CORRELACIÓN
ANGULAR) DEL ESTADO FINAL, EN COINCIDENCIA, PARA CARACTERIZAR LOS
NÚCLEOS INTERMEDIOS INVOLUCRADOS (*)
X
Y X Y OSCILOSCOPIO
EXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEAEXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEA
EXPERIMENTOS AÑOS 60´s
(*) Rev Mod Phys. 37 (1965), The 26Li→3α Reaction, p.p. 455-456.
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EXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEAEXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEAEXPERIMENTOS AÑOS 60´s
10B+3He
p+12C+19693,03±0,30 keV
α1+8Be -7366,57±0,04 keV
α2+α3+91,83±0,04 keV
α1+9B+12141±1 keV
p+8Be+185±1 keV
α2+α3+91,83±0,04 keV
α2+5Li –1689±50 keV
α3+p+1966±50 keV5Li+8Be+10360±50 keV
α2+α3+91,83±0,04 keV
p+α1+1966±50 keV10B(3He,pααα)
I
II
III
IV
ESPECTRO BIDIMENSIONAL
SIMULACIÓN DE LAS CURVAS CINEMÁTICAS DEL ESPECTRO BIDIMENSIONAL
9B
11,62MeV 9B
Energía Haz: 2,45 MeV
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EXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEAEXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEAEXPERIMENTOS AÑOS 60´s
TODOS LOS EXPERIMENTOS REALIZADOS EN LOS 60´s CONFIRMAN QUE ESTAS
REACCIONES SE PRODUCEN VÍA PROCESOS SECUENCIALES, DONDE LA
ENERGÍA Y CORRELACIÓN ANGULAR DE LAS PARTÍCULAS EMITIDAS DEL ESTADO FINAL DEPENDEN FUERTEMENTE DE LOS NÚCLEOS INTERMEDIOS INVOLUCRADOS
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SISTEMAS EXPERIMENTALES ACTUALES
Detectores de Si Segmentados de Doble Cara (16x16)
256 x 6 = 1536 Detectores
CUBRIMOS UN ÁNGULO SÓLIDO DE DETECCIÓN DE PRACTICAMENTE 4π
EXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEAEXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEA
TAMAÑO DE PIXEL 3X3mm. RESOLUCIÓN ANGULAR 1-3º
ESTRUCTURA CÚBICA QUE SOPORTA SEIS DETECTORES SEGMENTADOS
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CONCLUSIONESCONCLUSIONES
• MERECE LA PENA REPETIR LOS EXPERIMENTOS DE LOS AÑOS 60´s CON LOS MEDIOS TÉCNICOS ACTUALES
• INTERES DE VARIOS CAMPOS DE LA FÍSICA EN EL ESTUDIO DE ESTAS REACCIONES (ASTROFÍSICA, FUSIÓN, ...)
• EL ACELERADOR Y LA LÍNEA SON LOS IDÓNEOS PARA REALIZAR ESTE TIPO DE EXPERIMENTOS (BAJA ENERGÍA, ESTABILIDAD, DISEÑOS PROPIOS, ...)