Autor: Adolfo Sabán Iglesias 1.

DISEÑO Y MONTAJE DE UNA LÍNEA EN EL ACELERADOR DE 5MV DEL CMAM-UAM PARA FÍSICA NUCLEAR EXPERIMENTAL

2.

EXPERIMENTOS QUE SE REALIZARÁN EN LA LÍNEA

1

INTRODUCCIÓN • 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. 2

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 (CockroftWalton), de 5MV de la empresa HVEE.

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CENTRO DE MICROANÁLISIS DE MATERIALES (CMAM) • CMAM ha creado un programa de investigación interdisciplinar 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 ELECTROSTÁTICOS •

TIPO COCKCROFTWALTON (1932)(CMAMUAM). ENERGIA: 0,1-5MV. CORRIENTES 1nA-10µA.

•TIPO VAN DER GRAAFF (PELLETRON CNASEVILLA). ENERGÍA: 0,33MV Terminal de Alto Voltaje

C6

E C5

D C

C4 B

C3 A C1

R2

V=Q/C

C2

R1

20kV Vac

Vo=100kV V(t)=Vo sen ωt

ACELERADOR CMAM-UAM EN MONTAJE

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ACELERADOR DEL CMAM-UAM ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO TANQUE

ELECTROIMAN CONMUTADOR

ENERGÍA MAX. TERMINAL E=5(Z+1) MeV LÍNEAS EXPERIMENTALES (CSIC)

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 DOS FUENTES DE IONES •PLASMA •SPUTTERING

20 MeV Au3+ : 21 µA SIETE PUERTOS DE SALIDA (ángulos 0º, -10º, +15º, ±30º y ±45º)

55 MeV Au10+ : 0,054 µA

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LA LÍNEA PARA FISICA NUCLEAR COMPONENTES MECÁNICOS LONGITUD LINEA HASTA CAMARA 460 cm 150 cm

25 cm

TRAMO II EXPERIMENTO

TRAMO I OBSERVACION HAZ 5 cm 100 cm

20cm

7 cm

15 cm

5 cm

22 cm 20 cm

40 cm 26cm

HAZ DN 63 CF

1 0 0 63 CF

DN63 CF

100ISO

Cámara de vacío

1 0 0

7 cm

160 cm Bomba 1

COMPONENTES DISEÑO Y FABRICACIÓN CSIC COMPONENTES ADQUIRIDOS

Bomba 2

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LA LÍNEA PARA FISICA NUCLEAR COMPONENTES MECÁNICOS. DISEÑOS CSIC

APOYOS Y ALINEAMIENTOS

CAJA DE OBSERVACION

8

SISTEMA 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 9

SISTEMA DE OBSERVACIÓN DE HAZ

BEAM PROFILE MONITOR

COLIMADOR O SLIT

•POSICION DEL HAZ

•BLOQUES DE TUNGSTENO

•BARRIDO EJES X, Y

•MANUAL O CONTROL REMOTO

•MIDE PERFIL DE INTENSIDAD EN DOS EJES PERPENDICULARES AL HAZ

•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

•FRECUENCIA DE BARRIDO(18 Hz)

SONDAS 516 P-V (DANFYSIK)

COPA FARADAY

SLIT (DANFYSIK)

COPA FARADAY (CSIC)

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SISTEMA 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 HAZ COLIMADOR O SLIT (CSIC)

BLOQUES DE COLIMACIÓN FABRICADOS EN TUNGSTENO

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SISTEMA DE OBSERVACIÓN DE HAZ DIAGRAMA DE CONEXIONES OSCILOSCOPIO ON LINE SIG X

COAX.DRIVE

516V BPM

571 POSITION MARKER

PREAMPLIFI 548

BPM COAX SIGNAL

CUP BIAS SUPPLY

COAX

ELECTRONI CABPM 522

SIG Y

AMPERI METRO

12 COND. GAIN POSITION SIGNAL F. CUP

CORRIENTE HAZ

PC SALA DE CONTROL PRIMERA FASE ON LINE

SIG X SIG Y

SEGUNDA FASE, SALA DE CONTROL

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EXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEA REACCIONES NUCLEARES 1.

p + 11B → 12C* → α + α + α •

2.

3He

+ 9Be → 12C* → α + α + α

3.

6Li

+ 6Li → 12C* → α + α + α

4. 5. 6.

+ 6Li → 9B* → α + α + p

•

d + 7Li → 9Be* → α + α + n

•

3He

3He

+ 10B →

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*

→α+α+α+p 14

EXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEA PROCESOS SECUENCIALES Fase Intermedia

1ra Fase a

b´

Estado Final c

b´ d

PROCESO SECUENCIAL, LAS ENERGÍAS DE c,d Y f , MODULADAS POR EL NÚCLEO INTERMEDIO b´

b´´ b

b´´=f

f

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 15

EXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEA EXPERIMENTOS AÑOS 60´s 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 (*) Rev Mod Phys. 37 (1965), The 26Li→3α Reaction, p.p. 455-456.

XY

OSCILOSCOPIO

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EXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEA EXPERIMENTOS AÑOS 60´s ESPECTRO BIDIMENSIONAL p+12C+19693,03±0,30 keV α1+8Be -7366,57±0,04 keV α2+α3+91,83±0,04 keV

I

α1+9B+12141±1 keV p+8Be+185±1 keV 10

α2+α3+91,83±0,04 keV

B+3He

II

α2+5Li –1689±50 keV α3+p+1966±50 keV 5

Li+8Be+10360±50 keV α2+α3+91,83±0,04 keV

10B(3He,pααα)

III9

B

IV

p+α1+1966±50 keV

Energía Haz: 2,45 MeV SIMULACIÓN DE LAS CURVAS CINEMÁTICAS DEL ESPECTRO 11,62MeV 9B BIDIMENSIONAL

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EXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEA EXPERIMENTOS 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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EXPERIMENTOS A REALIZAR EN LA LÍNEA SISTEMAS EXPERIMENTALES ACTUALES Detectores de Si Segmentados de Doble Cara (16x16)

TAMAÑO DE PIXEL 3X3mm. RESOLUCIÓN ANGULAR 1-3º

256 x 6 = 1536 Detectores

CUBRIMOS UN ÁNGULO SÓLIDO DE DETECCIÓN DE PRACTICAMENTE 4π

ESTRUCTURA CÚBICA QUE SOPORTA SEIS 19 DETECTORES SEGMENTADOS

CONCLUSIONES • 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, ...) 20