ACELERADOR TANDETRÓN y algunas aplicaciones potenciales

El ININ hoy
ACELERADOR TANDETRÓN
y algunas aplicaciones potenciales
Por Héctor López Valdivia ([email protected]), Miguel Balcázar
sión de rayos gamma inducidos por partícula
([email protected]), Mario A. Valdovinos Aguilar
(PIGE), análisis por dispersión resonante (RSA),
([email protected]) y Víctor Hernández Magadán
análisis por detección de retroceso elástico
([email protected])
(ERDA) y análisis por canalización de partí-
El ININ adquirió en 1998 un nuevo acelera-
culas (CHN).
dor electrostático de iones positivos de 2 MV.
Durante 1999 se instaló en el Centro Nuclear
En la identificación de necesidades (solicita-
y se terminó la etapa de pruebas el 15 de
da por la Dirección de Investigación Científi-
junio del 2000. Este equipo forma parte de la
ca) para instalar la nueva línea se detectó el
infraestructura analítica y de investigación del
interés de varios investigadores del ININ y de
Instituto. El equipo posee las características que
otros centros de investigación del país en usar
permiten usarlo en investigación y aplicacio-
el acelerador Tandetron para realizar investi-
nes sobre modificación de materiales. En la
gación básica, aplicada y análisis en múlti-
Figura 1 se muestra el acelerador Tandetron,
ples áreas como son las ambientales, de físi-
las fuentes de iones y el imán selector de ener-
ca, de materiales, estudios de daños por ra-
gía.
diación y simulación de envejecimiento por
radiación.
Actualmente el equipo sólo cuenta con
una línea de salida de las cuatro disponibles. Con el acelerador se ha brindado servicio desde mediados del
2000 hasta el presente año, atendiendo principalmente los proyectos a cargo de la maestra Francisca Aldape
Ugalde. Se han estado realizando análisis de muestras ambientales, aplicando la técnica de emisión de rayos X
inducidos por partícula (PIXE). Asimismo con el acelerador se pueden desarrollar y aplicar diversas técnicas
como son: análisis por retrodispersión
de Rutherford (RBS), análisis por emi-
Figura 1. Acelerador Tandetrón
Contacto
Nuclear '
Lo anterior se puede llevar a cabo instalando
requerirían alrededor de 3 años de irradiación
una nueva línea en el acelerador Tandetron,
continua y las pruebas de integridad mecáni-
así como los equipos adecuados para estos
ca tendrían que ser realizadas en celdas ca-
propósitos. En la Figura 2 se muestra el imán
lientes capaces de manejar la gran actividad
selector, la línea PIXE actualmente instalada y
generada.
las salidas disponibles para la instalación de
nuevas líneas.
Otra alternativa para realizar envejecimiento
acelerado en las probetas es la irradiación con
iones pesados en el Tandetron para producir
interacciones nucleares directamente con los
elementos constituyentes del metal. La probabilidad de interacción en este caso es del 100%,
varios órdenes de magnitud más grande que
la probabilidad de interacción con neutrones
por su pequeña sección eficaz. Todo esto disminuye el tiempo de irradiación de las probetas
en el Tandetron a solo unas cuantas horas, no
de años. Además, las probetas irradiadas no
resultan radiactivas por lo que su manejo no
Figura 2. Imán selector con líneas de salida
requiere de celdas calientes ni de licencias de
protección radiológica. Debido a que la región
Uno de los investigadores del ININ interesa-
dañada está relacionada con el alcance de
dos en la utilización del acelerador Tandetron
los iones en el metal (1.5 ìm), el análisis de
es el doctor Miguel Balcázar, quien menciona
defectos y vacancias inducidas se pueden rea-
que el Tandetron es un equipo útil para simu-
lizar en un microscopio electrónico de trans-
lar el envejecimiento del metal de las vasijas
misión similar al del ININ.
de los reactores de la Central Laguna Verde.
La factibilidad de una simulación de envejeciEn efecto, el metal de la vasija está sujeto a
miento usando un Tandetron ya fue verificada
irradiación gamma e impacto de neutrones:
en el Departamento de Física de Radiaciones,
Este último, al interaccionar con el metal, pro-
con apoyo del Organismo Internacional de
duce desplazamientos nanométricos de los nú-
Energía Atómica, mediante el proyecto de co-
cleos constituyentes del metal, modificando sus
operación técnica ”Modelación de la degra-
características de integridad, a lo que cual se
dación inducida por radiación en reactores”,
le denomina envejecimiento.
clave MEX/4/049, en el bienio 2000-2001.
Se puede inducir el envejecimiento acelerado
Se utilizó el Tandetron de Jülich, Alemania con
en muestras del material de la vasija (probetas)
iones de níquel Ni+++ de 4.8 MeV de energía
por dos técnicas; una consiste en bombardear
total en muestras de acero ferrítico AISI-8620
el metal con neutrones en el reactor TRIGA
electropulidas. Las muestras fueron previamente
Mark III del ININ para lograr fluencias totales
calentadas a 900 °C para restaurar cualquier
de 10 neutrones/cm sobre una probeta. Se
defecto en el metal. Los tiempos de irradiación
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fueron desde 0.041 a 13.16 horas, a corrien-
rían los fenómenos de defecto de altura de
tes típicas en el rango de 240 a 600 nA. Las
pulso en detectores de Silicio y depósito de
irradiaciones se hicieron en una cámara al
carbón bajo irradiación con iones, ambos
vacío y a una temperatura controlada de
usando la técnica RBS.
450°C para acelerar el efecto deseado.
El físico Marco César Fernández Barajas proDespués de la irradiación las muestras fueron
pone el uso de las técnicas nucleares RBS y
preparadas para su análisis en un microsco-
EFA aplicadas a películas delgadas, usando
pio electrónico de transmisión lográndose re-
un haz de helio, para hacer análisis elemen-
lacionar los desplazamientos por átomos con
tal y además determinar el perfil de concen-
la fluencia de iones en el metal. En el proyecto
tración de los elementos, incluyendo al hidró-
mencionado participaron las tesistas Maritza
geno.
Gil Juárez (UAEM) y Ana María Alpízar (ESFM),
así como los maestros en ciencias Ramón
Por su parte, el doctor Arturo García Bórquez
Ramírez Sánchez y Héctor Hernández López,
del departamento de Ciencia de Materiales de
el físico Marco Antonio Lucatero y los docto-
la Escuela Superior de Física y Matemáticas
res Arturo García-Bórquez (ESFM) y Miguel
del IPN ha estado utilizando un acelerador
Balcázar (responsable).
Tandetron en Alemania para la modificación
de materiales utilizando haces de iones. García
Otros investigadores del ININ como son el físi-
Bórquez propone realizar investigación en for-
co Saúl Miguel Romero Hernández, el Dr. En-
ma conjunta con el ININ, en el estudio super-
rique Camps Carvajal y el Dr. Luis Escobar
ficial de alfa alúmina irradiada con iones de
Alarcón, están interesados en realizar estudios
aluminio, así como el estudio de cambios
de películas delgadas mediante el análisis con
microestructurales en compuestos de níquel,
las técnicas analíticas EFA, ERDA y RBS, para
silicio y alúmina irradiados con iones de ní-
determinar espesores, composición y perfiles
quel, aluminio y oxígeno, además de estudios
de concentración de dichas películas. Este
de daños por radiación en aceros.
grupo trabaja en investigación sobre películas delgadas depositadas mediante las técni-
El acelerador Tandetron se encuentra en pro-
cas de ablación láser y plasmas de resonan-
ceso de integración al sistema de Gestión de
cia ciclotrónica electrónica (ECR)
Calidad ISO 9001-2000, del que ya han obtenido la certificación otras áreas del ININ.
Además, hay otras propuestas como la del
doctor Elí Aguilera para efectuar mediciones
La instalación en el Tandetrón de una nueva
de reacciones nucleares de interés astrofísico.
línea de bombardeo que permita el uso de
Las bajas energías a las que ocurren estas
diversas técnicas analíticas en una cámara
reacciones en las estrellas son fácilmente
versátil de uso múltiple, incrementará el po-
alcanzables con el acelerador Tandetron. Se
tencial de estudios dentro del ININ y otras ins-
usaría la técnica de rayos gamma combina-
tituciones nacionales e internacionales en el
da con un análisis RBS para efectuar norma-
área de materiales, daños por radiación y re-
lizaciones absolutas. Así mismo, se estudia-
acciones nucleares de interés astrofísico.
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Nuclear