FÍSICA Y QUÍMICA
En sus centros atómicos, la CNEA se especializa en investigaciones de ciencia básica y aplicada en física y química. Se destacan colisiones atómicas, física de superficies, fotónica y optoelectrónica, física forense, bajas temperaturas, sistemas complejos, química básica y aplicada al desarrollo tecnológico, entre otras áreas.
Tandar

La Gerencia Investigación y Aplicaciones (GIyA) de la CNEA realiza actividades de investigación básica y aplicada, desarrollo tecnológico, servicios y formación de recursos humanos de excelencia y alta especialización, a nivel de grado y de postgrado.

Esta gerencia 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.

¿Qué es el Tandar?
El Tandar -acrónimo de Tándem Argentino- es un acelerador electrostático de iones pesados de 20 MV. Al momento de obtener su primer haz de partículas, en 1984, era segundo más grande del mundo.

¿Para qué se utiliza?
Las investigaciones básicas en física nuclear, en la actualidad se centran en el estudio de reacciones nucleares inducidas por núcleos estables débilmente ligados.

Desde el punto de vista de las aplicaciones a la salud humana, se lleva adelante un activo programa destinado al desarrollo de un acelerador de alta corriente, uno de cuyos fines es su uso en la terapia por captura neutrónica en boro (BNCT). También se utilizan haces de iones pesados para la modificación de propiedades y caracterización de polímeros biocompatibles utilizados en la fabricación de prótesis. Se realizan mediciones con la técnica de espectrometría de masas con aceleradores (AMS) para detectar concentraciones extremadamente pequeñas de radioisótopos de larga vida media, con aplicaciones en astrofísica y medio ambiente.

Hay también una línea de trabajo que se apoya en el microhaz de iones pesados del acelerador Tandar, y que permite producir piezas y dispositivos de gran precisión y tamaño micrométrico. La interacción de grupos experimentales permitió producir y caracterizar recubrimientos de carbono de alta dureza. Se aplican técnicas nucleares para determinar fallas de diseño y funcionamiento de reactores químicos multifásicos y desarrollar métodos de determinación instantánea de la evolución de procesos industriales.

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.

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.

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 constituida 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 atmósferas. El vacío en los tubos se mantiene mediante la utilización de bombas iónicas.
Además de elementos de vacío, monitoreo 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.
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.

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.

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 m3 cada uno, con una máxima presión de trabajo de 23 atmósferas.

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.

Es un imán doblemente focalizante con una relación ME/Z2 = 500, un radio de curvatura de 2 metros y una distancia focal objeto-imagen de 6,1 metros. 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 toneladas.
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.

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.

Gestión y mantenimiento
El Departamento Acelerador tiene como función primordial la operación y el mantenimiento preventivo y correctivo del acelerador de iones pesados TANDAR.
El personal del departamento está entrenado en diversos aspectos que tienen que ver con la tecnología de aceleradores de partículas, como ser alto vacío, óptica del haz, fuentes de iones, alta tensión, etc.
Asimismo, programan los turnos de irradiación, cuya finalidad es el cumplimiento de planes de investigación por parte de científicos de CNEA o externos. Otros servicios que pueden ser cubiertos por el Acelerador (ciencias de materiales, espectrometría de masas, etc.), son programados de acuerdo a las necesidades con el objeto de lograr un máximo aprovechamiento del potencial del mismo.
Habitualmente existe una parada anual de mantenimiento, donde se realizan todas las tareas tendientes a lograr una operación satisfactoria del acelerador durante el curso del año, así como todas aquellas reparaciones que, sin impedir la operación del mismo, se van posponiendo para estas oportunidades.

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• Informes de Reparaciones Parciales Ver más.

• Laboratorio de Vacío
El Laboratorio de Vacío cuenta con personal y equipamiento adecuado para entender en actividades de desarrollo, mantenimiento y utilización de técnicas en el rango de bajo, medio, alto y ultra-alto vacío. Esto comprende el diseño de sistemas y la utilización y mantenimiento de equipos de bombeo mecánicos rotativos de paletas de 1 y 2 etapas, bombas de pistón oscilante, bombas secas, bombas Roots, bombas turbomoleculares, bombas criogénicas, bombas iónicas, bombas sublimadoras, etc.
Para la determinación de pérdidas en vacío se utilizan técnicas de detección de fugas por espectrometría de helio. Se efectúa la calibración y reparación de todo tipo de instrumentos para medición de vacío en todos los rangos.

• Laboratorio de Detectores
Está destinado al mantenimiento y reparación de Detectores Semiconductores de Estado Sólido. Detectores de Ge(HP) Germanio Hiperpuro para radiación "gamma" y detectores de S(Li) Silicio Litio para radiación "X". Son también reparados los Crióstatos para trabajar a temperatura de nitrógeno líquido y la Electrónica Asociada (Preamplificadores varios, Fet enfriado, etc.).

• Laboratorio de Blancos
El Laboratorio de Blancos está equipado para la fabricación de folias por técnicas de evaporación en alto vacío en diferentes sustractos. Es posible producir láminas delgadas entre 0,1 y 10 micrones de espesor de diferentes elementos, como ser: Al, Cu, Au, etc. También se usan técnicas de alto vacío para la obtención de recubrimientos metálicos y no metálicos sobre diferentes sustratos, hasta espesores de 10 micrones. Se efectúan tratamientos térmicos y reducción térmica de óxidos a presión reducida o en atmósfera controlada.

• Laboratorio de Mecanizado
El Laboratorio de Mecanizado está destinado al diseño y construcción de cámaras de vacío y dispositivos mecánicos para ser utilizados en varias líneas de investigación aplicada, principalmente en el Acelerador de Iones Pesados. Se realiza todo tipo de trabajos de tornería, fresado, cepillado, soldaduras especiales, ajustes, micromecánica, etc.
Además, construcción de bridas, adaptadores y cierres para vacío, de acuerdo a NORMAS ISO.

• Laboratorio de Electrónica
Está constituido por personal altamente capacitado y cuenta con un moderno equipamiento, para el apoyo técnico de la Gerencia Investigación y Desarrollo y otras.
El objetivo central de la asistencia técnica está relacionado con el mantenimiento preventivo y correctivo del Acelerador de Iones Pesados (TANDAR).
Desarrollos de interés para los diferentes grupos experimentales, son realizados por los especialistas en: instrumentación NIM; Sistemas automáticos de control (por ejemplo, CAMAC, PC, etc.) y sistemas de adquisición de datos.
Además se realizan tareas de reparación de preamplificadores de bajo ruido, para detectores de radiación, detectores de pérdida de vacío, calibraciones en instrumental de electrónica, y toda la atención de equipos de alta tecnología que se emplean tanto en los diferentes grupos experimentales como así también en los de uso de electrónica.