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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, ...)