Página Inicial CNEA Laboratorio TANDAR Página Inicial TANDAR Historia del acelerador TANDAR Web interno Web mail
Inicio » Actividades Científicas > Memoria 2012

MEMORIA 2012

INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO EN FÍSICA
Objetivo Estratégico 1: Realizar investigación y desarrollo en ciencia y tecnología de aceleradores para aplicaciones nucleares.
  • Objetivo específico 1.1: Investigar y desarrollar tecnología para aplicaciones a problemas ambientales mediante técnicas de análisis de alta sensibilidad.
  • Objetivo específico 1.2: Investigar y desarrollar tecnología para aplicaciones en ciencias de materiales y dispositivos.
  • Objetivo específico 1.3: Investigar y desarrollar tecnología para detección de explosivos, control de cargas y materiales nucleares especiales.
  • Objetivo específico 1.4: Investigar y desarrollar tecnologías para aplicaciones nucleares en ciencias biomédicas con aceleradores.
Objetivo Estratégico 2: Apoyar proyectos tecnológicos relacionados con los reactores nucleares mediante la investigación.
  • Objetivo específico 2.1: Dar apoyo al programa de Generación IV a través de la investigación en concordancia con los requerimientos establecidos por el plan de trabajo del área de reactores de potencia.
  • Objetivo específico 2.2: Dar apoyo al proyecto RA-10 a través de la investigación en concordancia con los requerimientos establecidos por el área de reactores experimentales y de producción de radioisótopos.
Objetivo Estratégico 3: Generar conocimientos y tecnologías vinculadas con las ciencias físicas.
  • Objetivo específico 3.1: Realizar investigaciones en fusión nuclear controlada.
  • Objetivo específico 3.2: Generar conocimiento en física atómica, nuclear, partículas elementales y astrofísica.
  • Objetivo específico 3.3: Generar conocimiento en materia condensada y física de superficies.
  • Objetivo específico 3.4: Generar conocimiento en sistemas complejos y neurociencias.
  • Objetivo específico 3.5: Generar conocimiento y aplicaciones de física forense.
  • Objetivo específico 3.6: Generar conocimientos y tecnologías de manera interdisciplinaria vinculadas con las ciencias de la Tierra en el marco del Proyecto Internacional ICES.
  • Objetivo específico 3.7: Realizar investigación y desarrollo en energías alternativas, tecnología de hidrógeno y celdas de combustible.
Objetivo Estratégico 4: Investigar y desarrollar conocimiento en núcleos atómicos ultra energéticos que impactan en la Tierra, en tecnologías y dispositivos de aplicación espacial y en tecnologías asociadas a través del diseño, construcción, optimización y expansión del proyecto Pierre Auger.
ACTIVIDADES Y LOGROS
FÍSICA NUCLEAR Y APLICACIONES
En el área de la Física Nuclear Experimental, las actividades que desarrollan los investigadores están centradas en el uso del acelerador TANDAR y sus periféricos como herramientas básicas y apuntan a obtener conocimiento y brindar transferencia tecnológica a problemas biomédicos, ambientales, a procesos industriales, de ciencia de materiales y espectroscópicos.
Entre las aplicaciones de técnicas nucleares se encuentran la espectroscopia gama de ultra bajo fondo para la detección de radioisótopos de vida media corta, la técnica de medición AMS ("Accelerator Mass Spectrometry") para la detección de radioisótopos de vida media larga y la técnica CARPT ("Computer Assisted Radiactive Particle Tracking") para el monitoreo de reactores químicos multifásicos y de procesos industriales utilizando fuentes de radiación gamma. Se realiza investigación básica en las áreas de reacciones nucleares y de estructura nuclear (en colaboración con el Instituto de Física Nuclear de Orsay de Francia y el Laboratorio Nacional de Legnaro de Italia).
Entre los mecanismos de reacción nuclear investigados se incluyen procesos de fusión completa e incompleta, dispersión elástica e inelástica y quiebre ("breakup"). En el área de estructura nuclear se investigan estados de altos y bajos momentos angulares a través de reacciones de fusión-evaporación y fotofisión del uranio. En el área de aplicaciones de técnicas nucleares se realizan estudios de biorremediación de aguas. También 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. Específicamente, los temas de investigación desarrollados durante el año 2012 son los siguientes:
Mecanismos de reacción con iones pesados
  • Mediciones de secciones eficaces de quiebre de los proyectiles litio-6 y litio-7 en blancos de samario-144 mediante la detección en coincidencia temporal de las partículas livianas emitidas en la reacción. Estos fragmentos son identificados simultáneamente por detectores compuestos, cuya precisa medición de energía y ángulo permite deducir el mecanismo propuesto. El proceso de quiebre que se investiga modifica fuertemente la probabilidad de fusión de este tipo de núcleos y esto modificaría lo que se sabe sobre la nucleosíntesis en el "Big Bang".
  • Mediciones de secciones eficaces de dispersión elástica y cuasielástica de litio-6, litio-7 y berilio-9 en blancos de selenio-80, estaño-120 y samario-144 para obtener información sobre el rol del canal de quiebre del proyectil y su efecto en las denominadas anomalía umbral y distribución de barreras.
  • Estudio de las reacciones 10,11,14,15C+12C (colaboración con el Laboratorio Nacional de Argonne de los Estados Unidos). Esta sistemática de fusión de los distintos isótopos del carbono es de sumo interés en astrofísica y será obtenida con un método novedoso, que incluye la utilización de un sistema de detección (MUSIC) actualmente en desarrollo.
Estudio de estructura nuclear
  • Estudio de núcleos de masa 160-190 para investigar la coexistencia de formas nucleares, la evolución de la deformación, excitaciones cuadrupolares y octupolares, propiedades electromagnéticas de estados fundamentales y vidas medias de estados excitados.
  • Estudio de núcleos de masa 45-60 para investigar la correlación entre grados de libertad colectivos y de partícula independiente.
Espectrometría de masas con aceleradores
  • Continuación de la investigación sobre la dispersión de yodo-129 en nuestro país. Estudio de cuencas hidrográficas abarcando el territorio nacional. En particular se estimaron las deposiciones integradas en las cuencas de nueve lagos patagónicos, incluyendo el Lago Nahuel Huapi. Los resultados son compatibles con cálculos realizados considerando la deposición en las cuencas debido a las explosiones nucleares atmosféricas realizadas a nivel mundial desde 1945 hasta 1963. Este estudio además permitió estimar el tiempo de residencia del yodo-129 en suelos. Este parámetro es de especial interés debido a que el yodo-129 es uno de los componentes de los residuos nucleares de mayor movilidad.
  • Experimentos preliminares para la detección del radioisótopo yodo-129 mediante la técnica AMS en el Laboratorio TANDAR.
  • Medición de la relación isotópica berilio-10/berilio-9 en muestras de interés geológico. Estas mediciones permitirán estudiar y caracterizar la incorporación de material sedimentario subducido en el volcanismo cuaternario, con el fin de evaluar el proceso de reciclado de material cortical durante la subducción. Se realizaron mediciones en el Laboratorio VERA de la Universidad de Viena y se planearon mediciones en el Laboratorio TANDAR.
  • Estudio de la deposición del polvo interplanetario sobre la tierra a través de la detección de radioisótopos de vida media larga (en particular manganeso-53) en muestras de hielo antártico usando la técnica AMS. Para esto se recolectó una muestra de 1500 kg de hielo antártico.
Aplicación de técnicas nucleares a la industria
  • Determinación de cambio de fase homogéneo-heterogéneo en reactores químicos para su optimización y detección de fallas de operación y/o diseño.
  • Estudios de fluidodinámica simbólica.
  • Estudio de fluidos no newtonianos
En estas áreas, en 2012, se publicaron 9 trabajos en revistas internacionales con referato, se realizaron 11 presentaciones en congresos y 3 contribuciones a actas de conferencias.
MATERIALES DUROS A BASE DE CARBONO
Los temas de investigación desarrollados durante el año 2012 son los siguientes:
  • Producción y caracterización de diamante policristalino y monocristalino.
  • Estudios de producción de grafeno.
Con un equipo diseñado previamente y realizando mejoras en el mismo, durante 2012 se obtuvieron películas policristalinas de diamante sobre diversos sustratos (silicio, molibdeno, tantalio, acero, etc.) y autoportantes a una velocidad de crecimiento de 50 µm/h. También se realizaron crecimientos de diamante monocristalino sobre semilla de diamante a una velocidad de crecimiento del orden de 50 µm/h (Foto: semilla 3x3x0.5 mm, crecido a 3.5x3.5x1.1 mm). Sus aplicaciones potenciales son detectores de neutrones, sensores de radiación, detectores de UV, dispositivos MEMS.
Asimismo se obtuvieron depósitos de agujas de diamante del orden de 100 µm de largo. Por otra parte, se diseñó y construyó un equipo para depositar grafeno sobre cobre, motivados por sus múltiples aplicaciones en nanotecnología (electrónica, optoelectrónica, etc.)
FÍSICA DE LA MATERIA CONDENSADA
Se realiza investigación tanto básica como aplicada en distintos temas de la física del estado sólido y líquido. Existe una fuerte integración del personal que pertenece a esta área temática, en su mayoría físicos y químicos con orientaciones tanto experimental como teórica. Esto permite dar un enfoque global que va desde la síntesis de los materiales, la caracterización de sus propiedades físico-químicas y estructurales, el modelado de las mismas, su simulación computacional y el desarrollo de modelos teóricos. Dentro de las líneas principales de trabajo se encuentran: síntesis de materiales nanoestructurados para aplicaciones en sensores y celdas de combustible, análisis de la estructura cristalina de drogas farmacéuticas, simulación computacional de sistemas para aplicaciones en microfluídica, estudio de las propiedades electrónicas y magnéticas de materiales (teórico y experimental), investigación en mecánica estadística de líquidos y sistemas complejos, estudio de sistemas de dimensiones nanoscópicas.
Se cuenta con importantes recursos computacionales propios además de ser un usuario intensivo del "cluster" ISAAC que, con sus 700 nodos, constituye el mayor recurso computacional de su tipo en la Argentina. Desde el punto de vista experimental, se cuenta con equipamiento y personal especializado en el estudio de sólidos y superficies utilizando un amplio rango de técnicas experimentales. Algunos ejemplos son: difracción de rayos X, microscopía de fuerza atómica, eléctrica y magnética, magnetometría y propiedades de transporte eléctrico en función de la temperatura y el campo magnético, espectroscopias UV, Raman e infrarroja y espectroscopia Mössbauer entre otras.
Una característica a destacar es la amplia experiencia y trayectoria en el campo de la síntesis de nuevos materiales policristalinos y nanoestructurados, así como en el área del cálculo avanzado de propiedades de sólidos. Adicionalmente, a través de una gran capacidad en términos de conocimientos, instalaciones y equipamiento, el grupo realiza una transferencia a la sociedad de la experiencia generada a partir de la investigación, mediante asesoramientos y servicios a la industria local, principalmente la farmacéutica, y en temáticas relacionadas con el medio ambiente.
En 2012 se publicaron 78 trabajos en revistas internacionales con referato, varios capítulos de libros y conferencias invitadas, se realizó un importante número de presentaciones en congresos, se elaboraron del orden de 1.500 informes técnicos y se organizaron varios congresos locales ("Workshop on structure and dynamics in supercooled, glassy and nanoconfined fluids ", "Research Coordination Meeting (RCM) on Application of Nuclear Methods for Advanced Materials Studies for Fuel Cell and Hydrogen Cycle Technology", "Reunión del Proyecto Twinning (MINCyT- Ministerio da Ciência, Tecnología e Inovaçâo)" y "Frontiers of the Condensed Matter - FCM2012").
En 2012 los temas de investigación, desarrollos y servicios realizados fueron los siguientes:
  • Síntesis de materiales nanoscópicos y nanoestructurados de óxidos simples o mixtos de metales de transición con aplicaciones tecnológicas (sensores, celdas de combustible PEM y SOFC).
  • Estudio de efectos de memoria inducida por campo eléctrico en interfaces metal-óxido.
  • Efecto magnetocalórico en materiales con potenciales aplicaciones en refrigeración magnética.
  • Propiedades electroquímicas de cátodos para celdas de combustible hechos a partir de nanotubos.
  • Desarrollo de un laboratorio virtual para el estudio de propiedades físico químicas de materiales de interés nuclear. Simulación y modelado de propiedades térmicas y estructurales.
  • Magnetismo y transporte polarizado en "espin" de nanoestructuras magnéticas artificiales con aplicaciones en espintrónica.
  • Prototipos de celdas de memoria basadas en interfases metal-óxido. Prototipos de sensores de campo magnético.
  • Anisotropía en películas delgadas, crecimiento, litografía, estudio de propiedades de multicapas.
  • Transiciones de fase en sistemas de espines con campos magnéticos locales aleatorios.
  • Redes complejas de utilidad en física, biología, economía, redes informáticas, etc. Modelado de ecologías locales reales (sistemas mutualistas).
  • Sistemas magnéticos de baja dimensionalidad y magnetismo no colineal.
  • Estudio experimental y computacional de las propiedades magnéticas en nanoestructuras de semiconductores y óxidos magnéticos diluidos.
  • Correlación entre las propiedades magnéticas, electrónicas y de transporte en junturas y superficies.
  • Relación entre magnetismo, superconductividad y magnetismo no colineal.
  • Experimentos de simulación computacional para la descripción de aspectos estructurales y dinámicos de interfaces y medios confinados de dimensión nanoscópica.
  • Diseño y montaje de experiencias de magnetoóptica.
  • Propiedades termodinámicas para sistemas tipo líquido simple de pocas partículas confinadas.
  • Síntesis, caracterización y estabilidad de compuestos inorgánicos y nuevos complejos de coordinación de metales de transición.
  • Desarrollo de materiales micro y nanoestructurados para membranas de intercambio de protones alimentados con metanol o hidrógeno. Desarrollo de prototipos de celdas de combustible.
  • Propiedades estructurales de compuestos de hierro.
  • Aplicación de espectroscopia Mössbauer al estudio de nanomagnetismo, suelos, óxidos y problemas de corrosión.
  • Caracterización de fases intermetálicas de alta temperatura.
  • Cálculo de primeros principios para el estudio de las características estructurales, cohesivas y de transporte de diferentes elementos y la de sus aleaciones. Propiedades estructurales de aleaciones superficiales y de superficies de aleaciones multicomponentes.
  • Estudio de polimorfismo y estabilidad en compuestos farmacéuticos y polímeros.
  • Estructura cristalina de moléculas de interés biológico.
  • Fisicoquímica de sistemas acuosos sobreenfriados y vitrificados: se estudia la dinámica del agua y del agente vitrificante (polioles) mediante técnicas de relajación dieléctrica y la movilidad de sondas (solutos) en estos medios sobreenfriados cerca de la transición vítrea utilizando técnicas ópticas de fluorescencia y electroquímica.
  • Estudio de nuevos materiales con aplicaciones en problemas del medioambiente. Síntesis de materiales funcionalizados y recubrimientos para aplicaciones médicas, para retención de especies tóxicas en aguas y detección de bajas concentraciones de metales tóxicos en matrices ambientales.
  • Simulaciones numéricas y mecánica estadística de moléculas flexibles y líquidos confinados. Simulación de bicapas moleculares, difusión de moléculas de interés biológico y ambiental.
  • Simulaciones de materia condensada blanda, interfases y substratos poliméricos fuera del equilibrio. Simulaciones en nano y microfluídica. Fuerzas inducidas por fluctuaciones en polímeros y membranas.
  • Estudio de patrimonio cultural mediante el análisis de pigmentos, ligantes y pinturas en piezas arqueológicas por espectroscopia Raman y difracción de rayos X.
  • Participación en el desarrollo de un método para caracterizar la fragilización de aceros de reactores nucleares mediante ciclos de histéresis magnéticos.
  • Servicios de asistencia técnica a centrales nucleares en caracterización de materiales por análisis térmicos, espectroscopia infrarroja y difracción de rayos X.
  • Servicios a la industria en caracterización de principios activos de medicamentos por difracción de rayos X, espectroscopia Raman y técnicas calorimétricas.
  • Asesoramiento al personal del proyecto CAREM en la elección del material magnético adecuado para un sensor de posición en el futuro reactor.
  • Se completó la instalación de un Laboratorio de Ablación Laser para obtención de muestras de interés en varias áreas de la Materia Condensada.
  • El proyecto "Mecanismos de Memoria en Óxidos para aplicaciones Satelitales" recibió el premio INNOVAR 2012 en la categoría de investigación aplicada.
TECNOLOGÍA Y APLICACIONES DE ACELERADORES
Esta actividad se desenvuelve por un lado en torno al desarrollo de tecnología de aceleradores de iones y dispositivos asociados (como sistemas de generación de imágenes) y adicionalmente impulsa actividades de investigación, desarrollo y servicios especializados vinculados a las aplicaciones de estos sistemas a problemas biomédicos, medioambientales, micro y nanotecnológicos en particular al micromaquinado, de ciencia de materiales, como el desarrollo de nuevos materiales con usos médicos, y de espectroscopia nuclear y atómica.
Las principales actividades desarrolladas en 2012 fueron:
  • Continuación del desarrollo de un acelerador de protones de baja energía (acelerador electrostático de 600 kV en el terminal) y alta corriente cuya aplicación más importante es la producción de neutrones para el tratamiento de tumores malignos intratables hasta el presente, mediante la terapia por captura neutrónica en boro (BNCT). Se avanzó de manera importante en el desarrollo de las fuentes de alta tensión y los alternadores en nuestro laboratorio.
  • Se avanzó significativamente en el desarrollo de un acelerador de protones y deuterones de alta corriente de 200 kV en el terminal. La estructura mecánica y eléctrica del acelerador está completada. La máquina ha sido probada a la tensión nominal con los tubos de aceleración, íntegramente desarrollados en el país, en alto vacío. Está máquina está pensada para la producción de altos flujos neutrónicos utilizando las reacciones deuterio más deuterio y deuterio más tritio.
  • Se terminó de armar y probar exitosamente un nuevo banco de pruebas para las fuentes de iones de alta corriente que incluye un primer tubo de aceleración. El banco permitió acelerar un haz de hasta 20 mA de protones y transportarlo y acelerarlo hasta 40 keV, con un prototipo de cuadrupolo desarrollado en el laboratorio con una fresa de control numérico adquirida recientemente.
  • Realización de trabajos de simulación dosimétrica computacional y planificación de tratamiento que apuntan a optimizar el tratamiento vía BNCT con aceleradores. Se demostró que el acelerador proyectado es capaz de producir los neutrones necesarios para realizar los tratamientos de BNCT.
  • Se avanzó de manera importante en el estudio de la reacción 9Be(d,n) como fuente de neutrones alternativa para BNCT. Se hicieron mediciones y simulaciones computacionales que demuestran su adecuación. Este resultado es relevante pues permite simplificar el acelerador necesario.
  • Se utilizó el microhaz de iones pesados del acelerador TANDAR para el micromaquinado de superficies. En particular se continuó con el micromaquinado de guías de onda de niobato de litio, obteniéndose estructuras de una relación de aspecto muy alta y de gran tamaño.
  • Se continuó con la realización de estudios de modificación de propiedades de materiales poliméricos de alto peso molecular, de interés médico y biológico, inducidos por haces de iones pesados.
  • Realización de estudios tendientes a optimizar imágenes mamográficas y contribuir a la detección temprana de lesiones.
  • Participación activa en la organización de los siguientes eventos internacionales: "15th International Congress on Neutron Capture Therapy (15-ICNCT)" con una conferencia plenaria y 5 trabajos.
  • Organización de un taller sobre "Hadronterapia en la Argentina" en colaboración con el Instituto de Oncología Ángel H. Roffo y el Organismo Internacional de Energía Atómica, con participación de expertos de EEUU y Bélgica.
Durante el año se publicaron 10 trabajos en revistas internacionales con referato y se publicó el capítulo 3 del libro "Neutron Capture Therapy: Principles and Applications" (Springer Verlag, 2012), titulado "Accelerator-based BNCT". Se entregó el Premio Fairchild para investigadores jóvenes a María Herrera por su trabajo "Planificación de tratamiento en BNCT con aceleradores", otorgado por la Sociedad Internacional de Terapia por Captura Neutrónica.
FÍSICA TEÓRICA
Durante el año 2012 se continuó con los estudios sobre los siguientes temas:
  • Física nuclear de bajas energías: estructura nuclear, formación de estructuras alfa y otros "clusters" en núcleo, reacciones nucleares a velocidades del proyectil relativísticas y no- relativísticas; excitaciones colectivas nucleares, resonancias gigantes y su dependencia con la temperatura.
  • Sistemas donde la mecánica cuántica, la dinámica no-lineal y los fenómenos de de- coherencia juegan un rol de importancia: mapas y billares caóticos, métodos semiclásicos, teoría de orbitas periódicas, fenómenos de localización en redes fotónicas, estudio de estructuras localizadas de sistemas moleculares y mesoscópico y mapas disipativos.
  • Aspectos no-perturbativos de la cromodinámica cuántica: propiedades hadrónicas, comportamiento de la materia hadrónica y de "quarks" a temperatura y densidades finitas en el marco de las aplicaciones al estudio de estrellas compactas, de las transiciones de fase en el universo temprano y de las colisiones de iones pesados relativistas.
  • Tratamiento cuántico de películas de 4He en sistemas con diferentes geometrías regulares (planos, cilíndricos y esféricos). Análisis de observables.
  • Información cuántica: diseño de algoritmos, métodos en espacio de fases, propiedades espectrales de mapas cuánticos abiertos y modelos de coherencias, dinámica semiclásica y transporte en mapas cuánticos abiertos.
  • "Efecto Hall" cuántico y sistemas mesoscópicos: teorías de campos conformes, campos en sistemas estadísticos y de materia condensada, modelos matemáticos y simetrías del código genético.
  • Redes complejas: estudio de propiedades espectrales y de transporte de redes complejas modeladas por sistemas complejos y reales provenientes de distintas áreas tales como computación, tecnología, biología y economía. Clasificación y ranking de nodos en espacio de fases.
Durante el año 2012 se publicaron 26 trabajos en revistas internacionales con referato, se participó activamente de congresos internacionales y nacionales, se publicó la Tercera edición del libro "Quantum Mechanics. A Modern and Concise Introduction" D.R. Bes y la traducción japonesa de la segunda edición del libro y se reconoció al Profesor Marcos Saraceno con el premio Consagración de Física de la "Academia Nacional de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales".
ENERGÍA SOLAR
Investigación y desarrollo en celdas solares
  • Análisis del comportamiento de homojunturas y heterojunturas utilizando el código D-AMPS- 1D: "New Developments - Analysis of Microelectronic and Photonic Devices - one dimensional", código que resuelve numéricamente el sistema de ecuaciones acoplado del transporte de carga en una estructura formada por una multicapa de materiales semiconductores.
  • Simulación de celdas solares de germanio para aplicaciones termofotovoltaicas: se evaluó la dependencia de los parámetros eléctricos con la temperatura del dispositivo. Por otra parte se dieron los primeros pasos para la implementación de la juntura túnel en celdas multijunturas basadas en materiales III-V.
  • Elaboración de capacitores MOS ("Metal-Óxido-Semiconductor") para estudio de defectos de interfaz. Puesta a punto del proceso de oxidación de muestras basadas en silicio y de técnicas fotolitográficas con alineaciones sucesivas. Los resultados obtenidos en este estudio podrán aplicarse a las interfaces presentes en celdas solares. Introducción a las técnicas de caracterización estructural de dispositivos semiconductores: primeros pasos en la elaboración de muestras en sección transversal para observación con microscopía electrónica de transmisión.
  • Estudio de la influencia del espectro de iluminación en la característica I-V de celdas solares de triple juntura indio-galio-fósforo/galio-arsénico/germanio. Se establecieron modelos eléctricos que permiten predecir el funcionamiento de una celda típica sobre la base de mediciones sobre celdas isotipo. Se validó a partir de un modelo dinámico de la triple juntura la medición con flash utilizada en la verificación eléctrica de los módulos de los paneles solares para el satélite SAC-D.
  • Conclusión del desarrollo de un sistema de control digital de la temperatura y flujos de gases del horno de difusión/oxidación instalado en el Laboratorio Fotovoltaico que permite ejecutar en forma automática procesos definidos por el usuario que incluyan rampas de temperatura, apertura y cierre de válvulas y cambio de caudales de gases.
  • Comienzo del desarrollo de un "setup" basado en la técnica DLTS ("Deep Level Transient Spectroscopy") para la caracterización de defectos en dispositivos fotovoltaicos con aplicación en celdas multijuntura III-V y en la evaluación del efecto de la irradiación de las mismas.
  • Desarrollo y caracterización de materiales relevantes para la fabricación de celdas solares híbridas (inorgánico-orgánico) de estado sólido. Se optimizó la porosidad y cristalinidad de películas de óxidos de titanio mesoporosos fabricados por técnicas "sol-gel" y se evaluó su combinación con materiales orgánicos (colorantes solubles) para maximizar la absorción del espectro solar.
Aplicaciones terrestres de la energía solar
Sensores de radiación solar para uso terrestre
Se continúa con la elaboración de medidores de radiación solar (radiómetros) de bajo costo, basados en celdas fotovoltaicas. Se realizaron los primeros prototipos de medidores de radiación fotosintéticamente activa con filtros comerciales.
Normas sobre conversión de la energía solar - módulos fotovoltaicos
Se continuó participando activamente en la Subcomisión de Energía Solar del Instituto Argentino de Normalización (IRAM) cuyo objetivo es la planificación, el estudio y la confección de normas sobre energía solar, en particular, referidas a módulos fotovoltaicos.
Energía solar fotovoltaica interconectada a la red eléctrica
En 2011, fue adjudicado un subsidio de la Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica para el proyecto "Interconexión de sistemas fotovoltaicos a la red eléctrica en ambientes urbanos" que tiene como objetivo principal introducir en el país tecnologías asociadas con la interconexión a la red eléctrica, en áreas urbanas, de sistemas solares fotovoltaicos distribuidos. Se conformó un convenio asociativo público-privado que incluye dos instituciones públicas, la CNEA y la Universidad Nacional de San Martín y 5 empresas privadas: Aldar S.A., Edenor S.A., Eurotec Nutrition Argentina S.R.L., Qmax S.R.L y Tyco Electronics Argentina S.A. En el marco de este proyecto se instaló en la terraza del edificio Tandar del Centro Atómico Constituyentes de la CNEA un sistema de generación fotovoltaico de 1,5kW pico, compuesto por 8 módulos fotovoltaicos (más conocidos como paneles solares) y un inversor de corriente continua a corriente alterna. Este sistema se puso en marcha el 4 de julio de 2012, entregando a la red eléctrica del Centro Atómico una generación diaria cercana a 4 kWh/día (promedio anual).
Evaluación de proyectos de centrales fotovoltaicas
A través de contratos de asistencia tecnológica con CAMMESA, se realizó la evaluación de 4 proyectos de centrales fotovoltaicas en diferentes provincias del país, presentados ante dicha entidad en el marco de la Resolución de la Secretaría de Energía N° 108/2011. Dichos proyectos corresponden a centrales con potencias pico entre 1 y 25 MW, a ser inyectadas a la red a través del Sistema Argentino de Interconexión (SADI). Algunos de los aspectos analizados fueron el recurso solar en función a la ubicación de la central, el diseño de la planta, el equipamiento ofrecido y la planilla económico-financiera del proyecto. Asimismo, se realizaron simulaciones del funcionamiento de las plantas a fin de estimar la generación eléctrica anual esperada.
Aplicaciones espaciales de la energía solar y otros dispositivos electrónicos
El Plan Espacial Nacional, en ejecución desde 1996, prevé la realización de diversas misiones satelitales que requieren paneles solares diseñados específicamente y aptos para satisfacer la demanda de energía eléctrica de los satélites. La CNEA y la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) suscribieron un convenio que dio lugar a la iniciación, en abril de 2001, del proyecto "Paneles solares para uso espacial", cuyo objetivo principal es el diseño, fabricación y ensayo de los paneles solares de ingeniería y de vuelo para las misiones satelitales previstas en el Plan Espacial Nacional, en particular las misiones Aquarius/SAC-D y SAOCOM IA y IB. El proyecto incluye también la realización de ensayos ambientales, principalmente de daño por radiación y ciclado térmico, sobre celdas solares y otros componentes para uso satelital.
Paneles solares para la misión satelital Aquarius/SAC-D
La misión satelital Aquarius/SAC-D es un emprendimiento conjunto entre la CONAE y la agencia espacial de los Estados Unidos (NASA), en el cual la CNEA ha sido responsable del desarrollo de los paneles solares para dicha misión. El satélite SAC-D fue puesto en órbita el 10 de junio de 2011 y a partir de ese momento se realiza un seguimiento de los parámetros eléctricos de los paneles solares y el subsistema de potencia a partir de datos recibidos por telemetría. El contrato entre la CNEA y la CONAE relativo a esta misión satelital finalizó el 31 de diciembre de 2012 con la presentación de un informe que muestra el correcto funcionamiento de los paneles solares en órbita.
Durante 2012 se continuó con el análisis de los datos recibidos por telemetría a fin de estudiar la evolución de las características eléctricas de los paneles solares a lo largo de la misión.
Paneles solares para las misiones satelitales SAOCOM 1A y 1B
El proyecto satelital SAOCOM se desarrolla en el marco del "Sistema Ítalo Argentino de Satélites para la Gestión de Emergencias" (SIASGE). La CNEA es responsable de la integración de los paneles solares para los satélites SAOCOM 1A y 1B asociados al SIASGE. Durante 2012 se finalizó el modelo de ingeniería ("Engineering Qualification Model") y se inició la elaboración de cadenas de celdas solares para el modelo de vuelo ("Flight Model") de los paneles solares para el satélite SAOCOM 1A. Por otro lado, se realizaron simulaciones del funcionamiento del subsistema de potencia.
Paneles solares para nanosatélites
Se comenzó a trabajar en el desarrollo de paneles solares para satélites de muy pequeñas dimensiones o nanosatelítes. En esta primer etapa, se integraron 6 paneles solares para el satélite CUBEBUG-1 (de 100 mm × 100 mm × 227 mm y una masa de aproximadamente 2 kg), a través de un contrato de asistencia tecnológica firmado entre la CNEA y la empresa DISARMISTA SRL. Los paneles fueron integrados utilizando celdas solares de triple juntura (ATJ) marca EMCORE. El lanzamiento del CUBEBUG-I está previsto para los primeros meses del año 2013.
Estudios de daño por radiación
Durante 2012 se trabajó en simulaciones de degradación de celdas solares y sensores solares en órbitas de baja altura (LEO, por "Low Earth Orbit"), en el marco del proyecto SAOCOM, y en órbitas geoestacionarias (GEO), como parte de una colaboración con la empresa ARSAT. Se colaboró también con el seguimiento del comportamiento de los paneles del SAC-D en vuelo. Además se realizaron pruebas de la parte posterior del nuevo arreglo de copas de Faraday para la calificación del haz con su sistema de adquisición, actualmente están en uso nueve copas. Se finalizó el diseño del filtro para la medición de SEP mediante haces pesados. El filtro consiste en una lámina de tantalio con agujeros de 100 µm de diámetro que deben reducir la intensidad del haz en un factor mil. Se estudiaron diversas técnicas para producir los agujeros (láser, ataque químico, etc.), optándose por el uso de máscaras y ataque químico.
Estudios de ciclado térmico
Durante 2012 se utilizó el nuevo equipo de ciclado térmico rápido desarrollado en 2011, que permitió completar ensayos de ciclado y "shock" térmico previamente solicitados. Esos ensayos se realizaron sobre cupones de celdas solares de vuelo de triple juntura, del tipo utilizado en el satélite Aquarius/SAC-D integrando un total de más de 10000 ciclos. Se diseñó y construyó un portamuestras térmicamente aislado, apto para uso en alto vacío. Con ese dispositivo se pudieron realizar ensayos de ciclado en "termo-vacío" en un rango amplio de temperatura, entre -160 ºC y +130 ºC. Además de permitir la realización exitosa de los ensayos solicitados, el experimento demostró que el diseño utilizado es adecuado para ciclar en un rango extendido de temperatura, en forma rápida y económica.
En el año 2011 se habían efectuado reformas en el equipamiento existente, que ahora permite efectuar ensayos de ciclado y "shock" térmico con períodos muy cortos, del orden de 2 minutos. Usando el nuevo equipo se realizaron ensayos de ciclado térmico de larga duración de cupones de celdas solares de vuelo correspondientes a los paneles solares del satélite Aquarius/SAC-D, completándose ensayos de más de 7.000 ciclos en este período. También se hicieron ensayos de "shock" térmico de larga duración en sensores solares de silicio monocristalino construidos en la CNEA.
En todas las pruebas realizadas se comprobó por inspección visual y por controles de comportamiento eléctrico y fotovoltaico que, dentro de las normas de calidad vigentes, en las muestras estudiadas no se produjeron defectos inducidos por los ciclados térmicos.
Microelectrónica - Física de Dispositivos MOS (Metal Oxido Semiconductor)
Esta línea de investigación básica está centrada en la fiabilidad de los dispositivos MOS utilizando campos eléctricos y radiación como mecanismos de degradación por su aplicación tecnológica.
Durante 2012 las líneas de trabajo estuvieron centradas principalmente en las siguientes áreas:
  • Estudio de estructuras MOS con dieléctricos de alta constante ("high-k dielectrics") manufacturados por el CNM de Barcelona, España.
  • Estudios de degradación de distintas tecnología SOI ("silicon on insulator") en colaboración con el Instituto Nacional de Tecnología Industrial y el SOITEC de Grenoble, Francia, que provee las obleas SOI. Se logró caracterizar la tecnología y se espera comprender su respuesta a la radiación en el futuro próximo.
  • El estudio de fiabilidad en celdas de memoria no volátil (NROM) también fue un tema de interés. En colaboración con Tower Semiconductors de Israel y el IMM-CNR de Catania, Italia, se desarrollaron experimentos para comprender los mecanismos involucrados en la pérdida de información bajo radiación.
  • En relación a los aspectos básicos de la tecnología MOS se trabajó en técnicas de caracterización orientadas a la fiabilidad y en modelización de efectos de degradación y ruptura de óxido de puerta.
CELDAS DE COMBUSTIBLE
Investigación y desarrollo en celdas de combustible
Las principales actividades desarrolladas en 2012 fueron las siguientes:
  • Se continuó con los estudios de actividad catalítica de electrodos mesoporosos de Pt electrodepositados sobre carbón con estructura jerarquica de poros, utilizando un copolimero block como nanomolde. El catalizador mesoporoso presenta una muy buena estabilidad y los MEA preparados con dicho catalizador y membranas de Nafion 117 presentan densidad de potencia de hasta 25 mWmgPt1cm2, en celdas de H2/O2 a 60 °C, lo que es mayor que las obtenidas con electrodos comerciales de difusión gaseosa.
  • Se estudió la cinética de la reacción de reducción de oxigeno en nanoparticulas de PdNi2 soportadas sobre carbón mesoporosos y carbón Vulcan. Los catalizadores, obtenidos por reducción de los cloruros metálicos con borohidruro de sodio se caracterizaron por XRD, TEM, técnicas de electrodo rotatorio y espectroscopía de masas diferencial electroquímica (DEMS). Los catalizadores soportados sobre carbón mesoporoso de alta superficie específica exhibe mayor actividad catalítica que los soportados sobre Vulcan y esta es similar a la de catalizadores de Pd, con la ventaja de una menor carga de metal noble y muestran además una excelente tolerancia al metanol, que los convierte en buenos materiales para cátodos de celdas PEM de metanol directo.Se ha determinado la permeabilidad de metanol y la conductividad eléctrica de membranas de PBI y APBI en un amplio ámbito de temperaturas, pudiendo establecer el efecto de los diversos métodos de casting sobre la microestructura de las membranas de PBI y ABPBI. Las membranes de ABPBI presentan una barrera al metanol inferior al PBI, pero es mas de un orden de magnitud superior al Nafion y al ABPBI entrecruzado. La correcta elección del método de preparación de la membrana puede ser mas eficiente para evitar el crossover de metanol que un proceso de entrecruzamiento.
  • Se ha determinado las propiedades de sorción de membranas de Nafion ultradelgadas utilizando las técnicas de microbalanza de cuarzo y elipsometría. Se ha observado que las membranas de espesor nanométrico presentan una sorción menor que las membranas de espesor macroscópico y que la sorción de agua depende del tipo de superficie sobre la cual se forma la membrana. Estos resultados son de gran importancia para el modelado de la region de tres fases en una celda de combustible PEM, donde es espesor de la capa de Nafion es nanométrico.
  • Se continuo participando del proyecto PE 36985 y en este periodo se concretó un proyecto PID donde EDENOR y CONUAR son empresas adoptantes. El proyecto tiene como objetivo desarrollar una estación de testeo para celdas de combustible de hasta 5 kW de potencia.
Muchos de los resultados obtenidos han dado lugar a varios trabajos presentados en revistas científicas con alto indice de impacto, se han presentado varios trabajos en congresos y conferencias y se ha avanzado en la formación de recursos humanos. Se concluyeron tres tesis doctorales y se siguen desarrollando otra en el tema.
Contacto
Av. Gral Paz y Constituyentes, San Martín, Pcia. de Buenos Aires, Argentina
Tel: (54-11) 6772-7007 - Fax: (54-11) 6772-7121