MEMORIA 2011
FÍSICA NUCLEAR Y APLICACIONES
En el área de la Física Nuclear Experimental, las actividades desarrolladas por 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 gamma 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 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 en desarrollo son los siguientes:
Mecanismos de reacción con iones pesados
-
Mediciones de secciones eficaces de quiebre de los proyectiles 6Li y 7Li en
blancos de 144Sm 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
6Li, 7Li y 9Be en blancos de 80Se, 120Sn y
144Sm 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 la reacción 30P + α
p + 33S mediante la
medición de la reacción inversa p + 33S30P + α
en un espectrómetro magnético (colaboración con el Laboratorio Nacional de
Argonne de los Estados Unidos). La reacción con el radioisótopo 30P tiene
interés en astrofísica en relación con las explosiones estelares de rayos X.
Estudio de estructura nuclear
-
Estudio de los núcleos 187Pt y 168Tm para investigar la coexistencia
de formas nucleares y la evolución de la deformación, excitaciones cuadrupolares y
octupolares, y propiedades electromagnéticas de estados fundamentales.
-
Estudio del núcleo 49V para investigar la correlación entre grados de
libertad colectivos y de partícula independiente.
-
Medición de vidas medias de estados nucleares excitados de los núcleos
137Cs y 139Cs poblados por decaimiento radiactivo a partir de la
fotofisión del uranio, utilizando centelladores de última generación de
bromuro de lantano.
Espectrometría de masas con aceleradores
-
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. Se analizaron muestras de agua y de tiroides vacunas de
diversas regiones del territorio argentino, mostrando contenidos de 129I mucho menores
que en muestras del Hemisferio Norte. De las distribuciones en latitud encontradas, se deduce que
el isotopo estable 127I y el radioisótopo 129I tienen distintos
orígenes, que no hay fuentes locales de 129I, que el principal mecanismo de este
transporte es la quema de biomasa (vegetación) en Brasil confirmado por simulación
teórica y mapas del cálculo de la deposición de 129I proveniente de
las quemas.
Aplicación de técnicas nucleares a la industria
-
Determinación de porcentajes de mezcla de hidrocarburos y agua para pozos de
explotación petrolera.
-
Determinación de cambio de fase homogéneo-heterogéneo en reactores
químicos para detección de fallas de operación.
En estas áreas en 2011 se publicaron 10 trabajos en revistas internacionales con referato,
se realizaron 5 presentaciones en congresos y 8 contribuciones a actas de conferencias.
FÍSICA DE LA MATERIA CONDENSADA
En el área de 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. Esto se realiza mediante asesoramientos y servicios a la industria
local, resolviendo problemas principalmente originados en la industria farmacéutica y en
temáticas relacionadas con el medio ambiente.
En 2011 se publicaron 77 trabajos en revistas internacionales con referato, varios capítulos
de libros, se aprobó una patente de invención, se realizó un importante
número de presentaciones a congresos, se elaboraron del orden de 1700 informes
técnicos y se organizaron varios congresos locales (XI Encuentro "Superficies y Materiales
Nanoestructurados 2011", Workshop 2011 sobre celdas de combustible PEM y óxido
sólido, 1er Workshop Argentino sobre Haces de Neutrones para Investigación
CAC).
Los temas de investigación, desarrollos y servicios realizados durante 2011 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 (junto con personal de la Gerencia de Materiales) 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, y espectroscopia infrarroja y difracción de
rayos X.
-
Servicios a la industria en caracterización de principios activos de medicamentos por
difracción de rayos X y técnicas calorimétricas.
MATERIALES DUROS A BASE DE CARBONO
Los temas de investigación son los siguientes:
-
Producción y estudio de las propiedades de materiales carbonáceos,
realizándose principalmente películas de carbono amorfo duro y de diamante
policristalino.
-
Análisis de la dureza y la estructura microscópica del material resultante.
-
Estudios de adherencia sobre diferentes sustratos.
Con el equipo diseñado previamente para depósito de películas diamante,
durante el año 2011 se logró la producción de diamantes a partir de
"semillas", tanto sobre sustratos de alúmina como autoportantes, tanto material
policristalino como un monocristal. Dadas la características únicas de los diamantes
(máxima dureza, enorme conducción térmica, enorme aislación
eléctrica) las aplicaciones tecnológicas e industriales son innumerables y,
quizá, aun no totalmente conocidas.
Durante este año 2011 se publicaron varios trabajos en revistas internacionales, se
participó activamente en congresos nacionales e internacionales y se escribió un
capítulo del libro "Diamonds: Properties, Synthesis and Applications" Chapter 6: Diamond
Deposited by a Direct Current Hot Cathode Plasma Discharge: Characterization and Applications.
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 2011 fueron:
-
Continuación del desarrollo de un acelerador de protones de baja energía 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), continuándose la construcción de los subsistemas
del acelerador incluyendo: fuentes de iones de gran intensidad, fuentes de alta tensión,
generadores, la estructura mecánica y electromecánica, tubos de aceleración,
blanco de producción de neutrones y dispositivo de conformación del haz
neutrónico, así como también con las simulaciones de transporte
autoconsistente de haces de protones y deuterones de gran intensidad.
-
Continuación del diseño, construcción y caracterización de un
prototipo de tomógrafo de fotón único (SPECT) para BNCT.
-
Durante el año 2011 se obtuvieron resultados exitosos en un nuevo diseño de fuente
de iones que permitió producir haces intensos de aproximadamente 20 mA (medidos en copa de
Faraday suprimida) y en la producción de un primer tubo de aceleración fabricado
íntegramente en el laboratorio y que ha demostrado soportar sin inconvenientes el alto
vacío y la alta tensión.
-
Realización de trabajos de simulación dosimétrica computacional y
planificación de tratamiento que apuntan a optimizar el tratamiento vía BNCT con
aceleradores.
-
Estudio de la reacción 9Be(d,n) como fuente de neutrones alternativa para BNCT.
-
Utilización del 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.
-
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.
-
Continuación del desarrollo de un prototipo de acelerador de 200keV de deuterones para la
producción de neutrones con miras a aplicaciones nucleares.
-
Se participó activamente en la organización de los siguientes eventos
internacionales: AccApp2011 - International Conference on Accelerator Applications
(Knoxville, USA) y IX Simposio Latinoamericano Fisica Nuclear y Aplicaciones - LASNPA
(Quito, Ecuador).
-
Se co-organizó un workshop sobre "Estrategias para establecer un centro de hadronterapia
en la Argentina" en colaboración con el Instituto Roffo y la IAEA, con participación
de expertos de Alemania, Francia e Italia.
Durante el año 2011 se publicaron 11 trabajos en revistas internacionales con referato y se
redactó un capítulo del libro "Advances in BNCT" (Springer Verlag), titulado
"Accelerator-based BNCT". Se realizaron y se recibieron varias visitas científicas, se
participó en un número importante de congresos nacionales e internacionales.
FÍSICA TEÓRICA
Durante el año 2011 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.
-
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.
-
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.
-
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.
Durante el año 2011 se publicaron 25 trabajos en revistas internacionales con referato, se
participó activamente de congresos internacionales y nacionales y se publicaó 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.
ENERGÍAS RENOVABLES E HIDRÓGENO
Se realizan tareas de investigación y desarrollo sobre fuentes renovables de energía
como alternativa o complemento de los sistemas tradicionales de generación, en particular
sobre energía solar y aplicación del hidrógeno como combustible y vector de
energía. Se describen a continuación las actividades realizadas durante el año
2011 en los diferentes temas.
Energía solar
Investigación y desarrollo en celdas solares
Las principales actividades desarrolladas fueron las siguientes:
-
Análisis del comportamiento de homojunturas y heterojunturas utilizando el código
D-AMPS-1D: "New Developments - Analysis of Microelectronic and Photonic Devices - one
dimensional"i código que resuelve numéricamente el sistema de ecuaciones
acoplado del transporte de carga en una estructura formada por una multicapa de materiales
semiconductores. Se trabajó en la simulación de celdas solares de Ge para
aplicaciones termofotovoltaicas (TPV), 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-Oxido-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 de
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 InGaP/GaAs/Ge. 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 del SAC-D.
-
Se concluyó el 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.
-
Se comenzó el 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 los misma.
-
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 la
combinación de éstos 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
Durante los últimos años se desarrollaron medidores de radiación solar
(radiómetros) de bajo costo, basados en celdas fotovoltaicas. Actualmente estos
radiómetros son calibrados por el Grupo de Estudio de la Radiación Solar de la
Universidad Nacional de Luján. Algunos de estos equipos están siendo utilizados en
estaciones meteorológicas por grupos de investigación de universidades y particulares
de diferentes provincias del país.
En 2011 se entregaron radiómetros a las siguientes instituciones:
-
SECTyP - Universidad Nacional de Cuyo
-
INTI
-
INTA EEA Rafaela
En esta misma línea de trabajo se continúa trabajando en el desarrollo de medidores
de radiación fotosintéticamente activa y el estudio de la elaboración de estos
sensores con filtros realizados por depósito de multicapas dieléctricas.
Normas sobre conversión de la energía solar - Módulos fotovoltaicos
En 2011 se participó 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. Cabe destacar que esto configura una actividad sostenida ya que se
participa en esta Subcomisión desde hace muchos años.
Energía solar fotovoltaica interconectada a la red eléctrica
En 2011, fue adjudicado un subsidio a través de la Agencia Nacional de Promoción
Científica y Tecnológica para el proyecto "INTERCONEXIÓN DE SISTEMAS
FOTOVOLTAICOS A LA RED ELÉCTRICA EN AMBIENTES URBANOS" con Fondos Sectoriales
(FONARSEC). En forma complementaria al proyecto iniciado en colaboración con la Universidad
de San Martín, dicho proyecto 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, la Comisión Nacional de Energía
Atómica y la Universidad Nacional de San Martín y cinco 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 están contempladas instalaciones piloto con el objetivo de
desarrollar la tecnología y los conocimientos para la implementación en el
país así como las normas y legislaciones necesarias para el uso general de estos
sistemas.
Aplicaciones espaciales de la energía solar
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 a 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 es responsable del desarrollo de los
paneles solares para el satélite. En el marco del contrato correspondiente, se completaron
exitosamente las campañas de ensayo y calificación de los paneles solares de vuelo en
el Laboratorio de Integraçao e Testes del Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais del
Brasil y fueron transportados a la base aérea donde se integraron al módulo del
satélite. La misión SAC- D/Aquarius fue puesta en órbita exitosamente, el 10
de junio de 2011, desde la base Aérea de Vandenberg, California, EEUU. El contrato
finalizó el 31 de diciembre con un informe acerca de las telemetrías recibidas, que
indican el correcto funcionamiento de los paneles solares.
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 2011 se fabricaron y midieron las subcadenas para el Modelo de Calificación
("Engineering Qualification Model" de los paneles solares para dicha misión y se
finalizó el diseño y la construcción de los contenedores para el traslado de
los mismos.
Estudios de daño por radiación
Durante el presente año no se realizaron irradiaciones debido a los problemas del
acelerador. Sin embargo el grupo se mantuvo activo trabajando en simulaciones de degradación
de celdas solares y sensores gruesos para los proyectos SAC-D y el arreglo experimental ACTA del
satélite geoestacionario ARSAT I y ARSAT III. Se colaboró también con el
seguimiento del comportamiento de los paneles del SAC-D en vuelo.
Se realizó el diseño y fabricación de:
-
un nuevo arreglo de copas de Faraday para la calificación del haz con su sistema de
adquisición, no se pudo probar aún debido a los problemas del acelerador.
-
un 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.
Estudio de ciclado térmico
Durante este período se realizaron 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 7000 ciclos en este
período. También se hicieron ensayos de shock térmico de larga duración
en sensores solares gruesos de Si monocristalino, que fueron construidos en este laboratorio. 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 el 2011 las líneas
de trabajo estuvieron centradas principalmente en las siguientes áreas: Se estudiaron
estructuras MOS con dieléctricos de alta constante dieléctrica (high-k dielectrics)
manufacturados por el CNM de Barcelona España. También se trabajo en la
comprensión de los efectos de ruptura reversible en estructuras MIM manufacturadas por el
LETI-Francia en colaboración con el grupo de materia condensada. Otro aspecto central en las
actividades son los estudios de degradación de distintas tecnología SOI (silicon on
insulator) en colaboración con el INTI y con SOITEC-Grenoble que provee las obleas SOI.
Durante este período se logro 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 durante este periodo.
Bajo la colaboración con Tower Semiconductors- Israel y el IMM-CNR Catania, Italia se
desarrollaron experimentos para comprender los mecanismos involucrados en la pérdida de
información bajo radiación. Por otro lado, en colaboración con
UNS-Bahía Blanca y el grupo del micro haz de iones pesados se trabajo en el diseño de
IC resistentes a la radiación y construcción de cámara para
calificación de componentes respectivamente. 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 gate.
Celdas de combustible
Investigación y desarrollo en celdas de combustible
Las principales actividades desarrolladas en 2011 fueron las siguientes:
-
Se estudió el efecto que los tratamientos de funcionalización con diferentes
ácidos (nítrico, cítrico y mezcla de nítrico-sulfúrico) causan
sobre distintos soportes carbonosos (carbón Vulcan y nanotubos de carbón de pared
múltiple MWCNTs), de los catalizadores con el objeto de mejorar la deposición del
platino y así lograr una mayor actividad electrocatalítica. Se observó que los
tratamientos más agresivos de funcionalización (con los ácidos más
fuertes) producen una disminución importante de la superficie específica y el volumen
de poros de ambos soportes carbonosos.
-
Se realizaron experimentos de adsorción de Pt sobre los diferentes carbones sin
funcionalizar y funcionalizados, observándose un marcado crecimiento del porcentaje de
platino adsorbido, con fuerte interacción, en los soportes funcionalizados. En
conclusión, las funcionalizaciones con agentes oxidantes fuertes producen el desarrollo de
grupos funcionales sobre el soporte, los que actúan como sitios de adsorción de los
precursores de platino, obteniéndose como resultado un mayor porcentaje de metal adsorbido.
Como desventaja se puede mencionar que las funcionalizaciones con ácidos muy fuertes
disminuyen de manera importante la superficie específica del soporte, lo cual puede traer
problemas de estabilidad en los catalizadores preparados.
-
Se ha estudiado la etapa de deposición de precursores metálicos sobre los soportes
antes mencionados, tratando de encontrar las condiciones óptimas para una mejor
interacción metal-soporte. Con respecto a las técnicas de preparación de los
catalizadores de Pt con alta carga (20%) sobre los materiales carbonosos, hasta el momento no se
han conseguido buenos resultados con el método de impregnación, ya que el porcentaje
del metal adsorbido con interacción durante el contacto precursor-soporte es bajo. Mejores
resultados se han encontrado utilizando la técnica de deposición y reducción
simultánea en fase líquida (con ácido fórmico), ya que mediante la
misma prácticamente todo el metal pueda ser adsorbido fuertemente sobre el soporte.
Además esta técnica permite la reducción simultánea del metal en fase
líquida y a bajas temperaturas, sin ser necesaria un posterior tratamiento térmico en
H2 con probables efectos negativos sobre la dispersión metálica.
-
Se han preparado y caracterizado carbones mesoporosos ordenados que puedan actuar como soportes
de catalizadores y capas difusoras de gases de la celda PEM. Estos carbones se producen a partir de
resinas resorcinol-formaldehido con el agregado de polielectrolitos que actuan como moldes para la
nanoestructuración de las particulas de carbono. Se ha determinado el área
específica de estos materiales y resulta muy superior a la del carbón Vulcan
tradicioanlmente utilizado como soporte en celdas PEM. Se ha desarrollado un método para
electrodepositar Pt mesoporoso sobre oro y sobre carbón mesoporoso. Se han desarrollado
membranas de polibenzoimidazol modificado (ABPBI) que son candidatas a utilizarse en celdas PEM de
alta temperatura (100-150 °C). Se han caracterizado estas membranas en cuanto a la
sorción de agua y H3PO4, conductividad eléctrica y propiedades
térmicas. Se ha enviado una patente de preparación de membranas de ABPBI por un nuevo
procedimiento.
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 concluyó una
tesis doctoral y se siguen desarrollando otras 4 en el tema.
ESTUDIO DEL PATRIMONIO CULTURAL
Entre las actividades salientes realizadas por CNEA en 2011, tendientes a la
caracterización, preservación y autenticación del patrimonio cultural mueble,
inmueble y bibliográfico del país, se encuentran:
-
Organización de las 3as Jornadas para el Estudio de Bienes Culturales, en
el CAC, CNEA, en Setiembre del 2011. Espacio de análisis destinado a la protección,
conservación y revalorización del patrimonio cultural histórico,
artístico y arqueológico
-
Curso para Docentes del Nivel Medio sobre Ensayos No Destructivos En Bienes Culturales en el
marco de las ferias Zonales y Provincial de Ciencia y Tecnología - Córdoba, el
Ministerio de Ciencia y Tecnología de la provincia, a través de la Dirección
de Divulgación y Enseñanza de la Ciencia de la Secretaría de Promoción
Científica, ha organizado conjuntamente con la Gerencia de Comunicación de la
Comisión Nacional de Energía Atómica en Córdoba.
-
Participación en la 5a Conferencia Panamericana de Ensayos No Destructivos
"PANNDT2011", Cancun, Mexico.
-
Trabajos sobre conservación y restauración de material patrimonial en soporte
papel. El Laboratorio de Conservación y Restauración de Documentación de
CNEA (LCRD), tiene como objetivo conservar y restaurar el material patrimonial en soporte papel de
la Institución y de otras instituciones que así lo soliciten. Sus tareas comprenden
diversos aspectos: Investigación, capacitación, servicios, difusión. Entre los
trabajos más destacados se encuentran:
-
Relevamiento, documentación fotográfica, diagnóstico y capacitación
en temas de Conservación Preventiva y Restauración al Personal y las autoridades del
Museo, Biblioteca y Archivo Dr. Beccar Varela, Quinta Los Ombúes, San Isidro. 10 de agosto
de 2011.
-
Presentación del Proyecto de Creación del Archivo Histórico de CNEA. Donde
se guardará toda la documentación administrativa histórica de la
institución. Asesoramiento para su realización edilicia y medio ambiental bajo
parámetros de conservación preventiva.
-
Convenio con la Comisión Nacional de Bibliotecas Populares (CONABIP) para la limpieza,
digitalización, puesta en valor y mudanza del Archívo Histórico de la
Institución.
-
Investigación sobre la factibilidad de tratar papeles infectados con hongos usando
radiación gamma, interacción sobre el tema con investigadores de Italia, Rumania,
Holanda, Brasil. Entre 2008 y el presente.
-
Investigación junto con la Universidad Nacional de Misiones, Laboratorio de Celulosa y
Papel (PROCYP), sobre la reserva alcalina en papeles ácidos utilizando carbonato de calcio.
Evaluación del envejecimiento en los papeles de uso común en Bibliotecas y Archivos
irradiados a distintas dosis con radiación gamma y sin irradiar
-
Organización de la Primera Jornada de Conservación Preventiva de Patrimonio
Cultural , junto con Medicina Nuclear de hospital Roffo y Laboratorios Roche.
-
Implementación del Sistema de Gestión de la Calidad en el Laboratorio de
Conservación y Restauración de Colecciones en Papel de CNEA.
-
Tareas de restauración de bibliografía única perteneciente a la biblioteca
del Convento de San Francisco.
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Jornada de formación sobre temas de conservación preventiva dictada junto al Staff
del Laboratorio de Conservación y Restauración de Colecciones en Papel de CNEA, a los
Bibliotecarios y Autoridades de la Escuela de la Armada.
-
Diagnóstico de la Biblioteca de la Iglesia San Francisco de Asis de Capital Federal.
Elevación del correspondiente informe a las autoridades.
-
Participación en cursos sobre patrimonio: II Workshop teórico y práctico
sobre métodos de análisis, técnicas preventivas y tratamientos de
conservación. Fondo Nacional de las Artes, Buenos Aires. II Encuentro Nacional sobre Libro
Antiguo organizado y dictado en la Biblioteca Nacional de Argentina.
-
La U.A. Materiales de CNEA junto con la Escuela de Ciencia y Tecnología de la
UNSAM ha contribuido a la restauración del telón de boca del teatro "El
Círculo" de Rosario mediante un estudio por Microscopía Óptica de
"Efectos de la Tracción sobre la Morfología de Telas Utilizadas como Soporte
de Obras Pictóricas".
-
El Laboratorio de Fluorescencia de Rayos X de CNEA Junto con el Centro de Arqueología
Urbana de la UBA ha realizado el análisis químico sobre un grupo de materiales de
distintos sitios arqueológicos utilizando la técnica de Fluorescencia de Rayos X. Las
aplicaciones fueron realizadas en materiales de los siguientes sitios:
-
Estudios de pastas y esmaltes en loza inglesa de inicios del siglo XIX, rescatadas en
excavaciones arqueológicas realizadas en la ciudad de Buenos Aires con el fin de identificar
la composición de las manchas y pigmentos que con más frecuencia se hallan en esos
contextos.
-
Determinación de minerales de cobre en cuentas (llancas) de origen mapuche.
-
Determinación de manchas en huesos.
-
Estudios de obsidianas: fuentes y material en sitios arqueológicos de la provincia de
Neuquén (Parque Nacional Nahuel Huapi, cuenca lago Traful).
-
Determinación de pinturas en cerámica y pigmentos de sitios arqueológicos en
el Parque Nacional Nahuel Huapi (cuenca del lago Traful).
Este Laboratorio también ha presentado al VI Congreso de Arqueología Pampeana el
trabajo: "Análisis de Pigmentos Y Arcillas en Cerámicas Arqueológicas
de la Cuenca Inferior del Río Salado, Provincia de Buenos Aires".
-
Los Laboratorios de Difracción de Rayos X y de Espectroscopia Raman de la Gerencia de
Investigación y Aplicaciones CNEA, junto con profesionales del Instituto de
Arqueología de la UBA, del Museo Etnográfico J.B. Ambrosetti, UBA y del CICpBA-Museo
de La Plata-FCNyM-UNLP han trabajado en muestras cerámicas procedentes de diferentes lugares
del NOA argentino Humahuaca, Jujuy y Valle del Cajon, Catamarca. Se han presentado trabajos en dos
congresos de ámbito nacional (Luján y Buenos Aires) y uno Sudamericano (Arica, Chile):
-
"Análisis de pigmentos en cerámicas vaquerías mediante
espectroscopia Raman y Difracción de Rayos X"
-
"La interdisciplina como metodología de análisis, aplicación a
material cerámico de la quebrada de Humahuaca, Jujuy, Argentina"
-
"Study of pigments «black over red» style pottery Quebrada de Humahuaca,
Jujuy, Argentina".
-
"Raman spectroscopy and X-ray diffraction techniques applied to the analysis of pigments
from Vaquerías pottery".
-
"La tecnología del color negro en cerámica de la Quebrada de Humahuaca.
Potencial y limitaciones en el uso de técnicas combinadas".
Los dos últimos trabajos se publicarán en el "Boletín del Museo
Chileno de Arte Precolombino", como un dossier de pigmentos.
-
En el Departamento de Investigación y Tecnología de la Gerencia de Área de
Seguridad Nuclear y Ambiente está en curso un programa experimental de análisis y
cuantificación de las transformaciones estructurales de las superficies de artefactos
arqueológicos, particularmente de origen lítico. Este estudio permite reconstruir los
modos de uso de los artefactos arqueológicos a partir de la observación e
identificación de los rastros presentes sobre distintas superficies. El mismo se desarrolla
mediante la aplicación de dos nuevas formas de análisis de superficies: RIMAPS
(Rotated Image with Maximum Average Power Spectrum) y Variograma, las cuales se aplican sobre
imágenes digitalizadas obtenidas a partir de un microscopio electrónico de barrido.
El empleo de esta técnica permitirá identificar el uso al que han sido sometidos
distintos artefactos líticos encontrados en el yacimiento arqueológico del Canal
Beagle, en Tierra del Fuego, por los pueblos originarios que poblaban esa región del
territorio argentino.
