Tesis para optar al título de Doctor en Ciencia y Tecnología, mención física. 2017

Directores: Dr. Andrés KREINER, CNEA, UNSAM - Argentina. Dra. Mariela DEL GROSSO, CNEA, UTN - Argentina.

Lugar de realización: Gerencia Investigación y Aplicaciones - Centro Atómico Constituyentes - CNEA - Argentina.

Fecha Defensa: 28/07/2017.

Jurado: Dr. Francisco H. SANCHEZ, UNLP, CONICET - Argentina.
Dr. Guillermo A. JORGE, UNGS, CONICET - Argentina.
Dr. Leandro Martín SOCOLOVSKY, UBA, CONICET - Argentina.

El presente trabajo se encuentra enmarcado en el proyecto de desarrollo de tecnología de aceleradores llevado a cabo por la sub-gerencia de tecnología y aplicaciones de aceleradores de la gerencia de investigación y aplicaciones (GI&A - GAIANN) de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA).

En este contexto, la presente tesis se plantea como objetivo el diseño y construcción de un blanco de producción de neutrones (BPN) mediante reacciones nucleares inducidas por un haz de partículas cargadas, particularmente, existe un gran interés por las reacciones D(d,n) y T(d,n). Estas reacciones nucleares productoras de neutrones ocurren a energías de bombardeo muy bajas, y ya a 150 keV tienen secciones eficaces importantes. En particular, la reacción T(d,n) presenta una sección eficaz muy elevada, generando neutrones de 14 MeV.

Este trabajo comprende la fabricación y caracterización de un blanco de titanio deuterado, con el objetivo de sentar las bases para la futura producción de blancos de titanio tritiado. Para eso, se generaron películas de titanio deuterado, se estudiaron los mejores métodos de deposición para tener una película estable, bien adherida y homogénea y se realizó la caracterización de la misma, que incluyó el estudio mediante distintas técnicas, de la relación D:Ti obtenida.

Como los sistemas sometidos a haces intensos presentan la problemática del daño por radiación e hidrógeno, se desarrolló un material potencialmente apto para afrontar dichos daños. En el trabajo se presentan los resultados sobre la fabricación, caracterización e irradiación de una nueva aleación, de cinco elementos (aleación de alta entropía), desarrollada para minimizar los efectos del daño.

Por último, el presente trabajo explora la potencialidad de la Argentina como productor de tritio a partir de la recuperación del mismo de los circuitos de agua pesada de las centrales nucleares. En dicho capítulo, se presentan las tecnologías actuales de producción y recuperación de tritio, así como el estado actual a nivel global y local.

English version:

The present work is framed into the accelerators technology development project carried out by the Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA).

In this context, the present thesis aims at the design and construction of a neutron production target (NPT) by nuclear reactions induced by a charged particle beam, in particular, there is a great interest in the reactions D(d,n) and T(d,n). These nuclear reactions occur at very low bombardment energies, and already at 150 keV have important cross-sections. In particular, the reaction T(d,n) has a very high cross-section, generating 14 MeV neutrons.

In this work the manufacture and characterization of a deuterated titanium target has been performed, with the aim of laying the groundwork for the future production of tritiated titanium targets. For that, films of deuterated titanium were generated, the best methods of deposition were studied to have a stable, well adhered and homogenous film. Also, film characterization by different techniques was carried out.

Since systems subjected to intense beams present the problem of radiation and hydrogen damage, a new material that preserves its physical and mechanical properties for a sufficient length of time under irradiation conditions and hydrogen damage is necessary. This work presents the results on the manufacture, characterization and the irradiation of a new alloy, composed of five elements (high entropy alloying).

Finally, the present work explores the potential of Argentina as a producer of tritium from the recovery of the heavy water circuits of nuclear power plants. We present the current technologies of production and recovery of tritium, as well as the current state of tritium production around the world and in Argentina.