MEMORIA 2008
Tecnología y aplicaciones de aceleradores y de técnicas nucleares
Se trata de la aplicación de técnicas originadas en la física nuclear, muchas
de las cuales involucran el uso de aceleradores pero también de reactores y de fuentes
radiactivas, a problemas biomédicos, medioambientales, a procesos industriales, de ciencia
de materiales y espectroscópicos.
Las principales actividades desarrolladas en 2008 fueron:
-
Instalación y puesta en funcionamiento de un laboratorio con dos detectores de ultra
bajo fondo radiactivo para la detección de radionucleídos medioambientales como
trazadores, técnica de gran interés socioeconómico por su aplicación
en temas tales como estudios de tasas de erosión y sedimentación de suelos y
biorremediación de efluentes contaminados.
-
Continuación del desarrollo de un acelerador de protones de baja energía y alta
corriente cuyas aplicaciones más importantes son la producción de neutrones para el
tratamiento de tumores malignos intratables hasta el presente y la fabricación de objetos
micro y nano tecnológicos. Durante 2008 se diseño el 30% y construyo aproximadamente
el 10% del acelerador y sus sistemas asociados.
-
Se continuó con el diseño, construcción y caracterización de un
prototipo de tomógrafo de foton único (SPECT) para la terapia por captura
neutrónica en boro (BNCT). El trabajo fue presentado en el congreso internacional bianual de
la especialidad haciéndose acreedor de un premio.
-
Se publico una comparación detallada entre la performance de un reactor y un
acelerador para BNCT, demostrándose las ventajas de este último dispositivo. Asimismo
se publico un estudio sobre la aplicabilidad de reacciones nucleares inducidas por deuterones de
baja energía al tratamiento BNCT de tumores superficiales.
-
Utilización sistemática del microhaz de iones pesados del acelerador TANDAR
para el micromaquinado de superficies. En particular se micromaquinaron guías de onda de
niobato de litio con haces de Cl, obteniéndose estructuras de muy buena calidad.
-
Se realizaron y publicaron estudios de modificación de propiedades de materiales
poliméricos de alto peso molecular, de interés médico, inducidos por haces de
iones pesados. Se determinó la dosis óptima para lograr la máxima
resistencia.
-
Se realizaron estudios de aerosoles atmosféricos y concentración de
contaminantes en la red de subterráneos de la ciudad de Buenos Aires con el método de
inducción de rayos X por haces de partículas.
-
Desarrollo de la técnica CARPT (Computer-Assisted-Radioactive-Particle-Tracking) para
estudios de fluidodinámica en reactores químicos para la industria
petroquímica, química fina, etc. Estos estudios permiten la detección de
fallas de diseño y/o funcionamiento y el desarrollo de métodos inteligentes de
diagnóstico temprano de fallas de operación. También se desarrollan soluciones
para problemas complejos asociados a procesos industriales. Estos trabajos se llevan adelante en
colaboración con investigadores de las Universidades de Buenos Aires y de General San
Martín.
Física nuclear experimental y temas relacionados
Las actividades desarrolladas por los investigadores dedicados a esta área (grupo FIPEMA),
están centradas en el uso del acelerador TANDAR y sus periféricos como
herramientas básicas y apuntan a obtener conocimiento sobre los mecanismos de
reacción con iones pesados a energías próximas a la barrera de Coulomb,
incluyendo procesos de fusión completa, fusión incompleta y dispersión
elástica e inelástica. Utilizando el acelerador y métodos de medición
similares a los que se usan para estudiar algunos de los procesos antes mencionados, se aplican
también al estudio de muestras ambientales por medio de la técnica de medición
AMS (Accelerator Mass Spectrometry). Estudios de estructura nuclear a altos momentos angulares y
reacciones nucleares de interés astrofísico son otros de los temas de estudio que
involucren actividades desarrolladas en el grupo.
Los temas de investigación de los proyectos actualmente en desarrollo son los siguientes:
Mecanismos de reacción con iones pesados y estructura nuclear
-
Se continuaron las mediciones de secciones eficaces de breakup en los sistemas 7Li
+ 144Sm y 6Li + 144Sm mediante la detección en coincidencia
de las partículas livianas emitidas en la reacción.
-
Se llevaron a cabo experimentos para medir secciones eficaces de dispersión
elástica y quasi-elástica en los sistemas 6,7Li + 144Sm y
6,7Li + 80Se para obtener información sobre el rol del canal de quiebre
del proyectil y su efecto en las denominadas: anomalía umbral y distribución de
barreras.
-
Se midieron secciones eficaces del sistema 7Li + 27Al a ángulos
traseros aplicando la técnica de espectrometría de retro-dispersión de
Rutherford (RBS).
-
Se determinaron los factores espectroscópicos de los estados sub-umbrales del proceso
12C(α,γ), responsables de la nucleosíntesis estelar de 16O
midiendo la transferencia de una partícula α en la reacción 16O +
12C.
-
Se estudio la distribución de estados de carga de haces de 58Ni,
35Cl y 127I en el intercambiador de electrones (stripper) del acelerador
TANDAR. Este estudio, aporta datos de gran importancia para el diseño y operación de
aceleradores.
-
Se realizaron nuevas mediciones de la intensidad de las resonancias de interés
astrofísico de la reacción 25Mg(p,γ)26Al.
-
Se continuó con el estudio de los núcleos 187Pt, 168Tm y
187Pt para investigar la coexistencia de formas nucleares y la evolución de la
deformación, excitaciones cuadrupolares y octupolares, y propiedades
electromagnéticas de estados fundamentales.
-
Se desarrolló y se puso a punto la técnica de medición de vidas medias
de estados nucleares excitados poblados por decaimiento radiactivo utilizando centelladores de
última generación de LaBr3.
Técnica Espectrometría de Masas utilizando aceleradores
-
Los temas de investigación utilizando la técnica AMS se centraron en la
detección del radioisótopo antropogéneo 129I, tendiente a evaluar
los efectos ambientales a largo plazo de la producción de energía nuclear y el
desecho de los residuos radiactivos en general.
-
Las actividades estuvieron relacionadas con el desarrollo de los métodos de
procesamiento químico para la extracción de sales de yodo de muestras de agua para la
preparación de cátodos a ser utilizados en mediciones de AMS.
Física nuclear teórica y temas relacionados
Se han realizado estudios en los siguientes temas:
-
Física nuclear de bajas energías: estructura nuclear, formación de
estructuras alfa y otros clusters en núcleos; reacciones nucleares a velocidades del
proyectil relativísticas y no-relativísticas; excitaciones colectivas nucleares,
resonancias gigantes y su dependencia con la temperatura.
-
Aspectos no-perturbativos de la Cromodinámica Cuántica (QCD): Propiedades
hadronicas, Comportamiento de la materia hadronica 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.
-
Sistemas donde la Mecánica Cuántica, la dinámica no-lineal y los
fenómenos de decoherencia 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 mesoscópicos, mapas disipativos.
-
Información cuántica: diseño de algoritmos, métodos en espacio de
fases, propiedades espectrales de mapas cuánticos abiertos y modelos de decoherencias,
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.
Física de la materia condensada
Los temas de investigación, desarrollo y servicios son los siguientes:
-
Materiales con diagramas de fase de sistemas complejos.
-
Magnetismo de baja dimensionalidad y magnetismo no colineal.
-
Estudio teórico de relaciones entre propiedades magnéticas, electrónicas
y de transporte en sistemas nanoscópicos y nanoestructurados. Estudio particular de junturas
y superficies.
-
Experimentos de simulación computacional para la descripción
microscópica de aspectos estructurales y dinámicos de interfaces y medios confinados
de dimensión nanoscópica.
-
Anisotropía en "films", crecimiento, litografía, estudio de
propiedades de multicapas. Relación entre magnetismo y superconductividad.
-
Estudio de efectos de presión hidrostática y uniaxial en compuestos con
magnetorresistencia colosal y efectos de memoria por campo eléctrico en manganitas.
-
Estudio de efectos de memoria inducida por campo eléctrico en interfaces
metal-óxido.
-
Propiedades termodinámicas de coexistencia de fases y de sistemas de pocas
partículas confinadas.
-
Cálculo de propiedades de adsorción de líquidos sobre sustratos
varios.
-
Síntesis, caracterización y estabilidad de compuestos inorgánicos y
nuevos complejos de coordinación de metales de transición.
-
Síntesis de materiales nanoscópicos y nanoestructurados de óxidos
simples o mixtos de metales de transición con aplicaciones tecnológicas (sensores,
celdas de combustible)
-
Propiedades estructurales de compuestos de hierro.
-
Aplicación de espectroscopía 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.
-
Efecto de incorporación controlada de defectos por sustitución química e
irradiación en propiedades de transporte.
-
Estudio de Polimorfismo y estabilidad en compuestos farmacéuticos y
polímeros.
-
Estructuras de moléculas de interés biológico.
-
Fisicoquimica 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 opticas de
fluorescencia y electroquímica.
-
Búsqueda de nuevos materiales con aplicaciones a problemas de ambientales.
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.
Además, en 2008 se brindaron servicios de alta complejidad a diferentes sectores de la CNEA
y a otros organismos, en particular a la industria farmacéutica, algunos de ellos con
autorización específica del Instituto Nacional de Administración de
Medicamentos (INAME), para el desarrollo de principios activos para medicamentos.
Materiales duros a base de carbono
Los temas de investigación son los siguientes:
-
Producción y estudio de las propiedades de materiales generados a través de un
depósito de iones de carbono, realizándose principalmente películas de carbono
amorfo duro y de diamante policristalino.
-
Análisis de la dureza y la estructura microscópica del material resultante.
-
Estudios de la interfaz entre el sustrato y el depósito con el propósito de
tener una buena adherencia, para lo cual se realiza un pretratamiento al substrato, depositando una
delgada película de silicio amorfo y nanocristalino.
En 2008 se continuó con el desarrollo del método novedoso de depósito de
partículas policristalinas de diamante (recubrimiento duro), que permite una buena calidad
del producto con una velocidad de crecimiento sustancialmente mayor que las técnicas
convencionales.