La Fig. 4.20mostra il connettore realizzato in tantalio. Per motivi tecnologici non è stato possibile rea-lizzare gli accoppiamenti con leggera interferenza desiderati e le connessioni sono risultate con gioco. Ciò non ha comunque influito sulle prestazioni dell’impianto: verosimilmente l’alta resistenza di con-tatto dovuta al gioco (piccole sezioni di attraversamento) causa un surriscaldamento locale delle estremità degli oven e quindi delle dilatazioni che vanno a migliorare il contatto elettrico. Durante il raffreddamento, invece, si è notato che le estremità degli oven si restringono andando a ripristinare il gioco precedente, rendendo particolarmente agevole l’operazione di smontaggio, data l’assenza di sal-dature localizzate. La massima corrente erogabile dal generatore regolato a 10 V è risultata essere pari a 337 A, pari a circa 84 A (Tmax ≈2000 °C) per ogni oven.
Fig. 4.20 Connettore realizzato in tantalio.
La Fig. 4.21 mostra il sistema assemblato e pronto per il test.
Studio e sviluppo della tecnica mass-marker
71 Pur essendo stato progettato per funzionare alla massima temperatura possibile, dettata dalla massi-ma differenza di potenziale applicabile dal generatore, si è effettuato un test di caratterizzazione ter-mica al fine di validare il modello numerico anche per correnti di attraversamento più basse. Di fatto, in questo modo, si può validare anche il modello descritto nel paragrafo 4.2.1, essendo coincidenti le temperature massime dei due diversi modelli.
Dato il ridotto diametro degli oven è risultato impossibile utilizzare il pirometro a infrarossi per la mi-sura della temperatura in quanto esso calcola infatti la media integrale in un’area circolare che corri-sponde al punto di osservazione: tale area potrebbe non racchiudere interamente oggetti incandescen-ti molto piccoli e in tal caso la misura risulterebbe falsata. Per questo moincandescen-tivo si è quindi optato per un pirometro a filamento (o ad incandescenza), che consiste in un sistema che permette di confrontare la radiazione visibile proveniente dal corpo e quella di un filo incandescente in serie con un reostato. L'intensità luminosa del filo viene fatta coincidere con quella del corpo, permettendo quindi di ricavare la temperatura dello stesso. Questo tipo di pirometro permette di misurare temperature da 1000 a 3000 °C.
Si sono effettuati tre cicli di riscaldamento e raffreddamento, misurando i valori di temperatura attra-verso la viewport a di Fig. 3.11.
La Fig. 4.22 mostra la vista attraverso la viewport durante il test e i punti di misurazione. Vale la pena di sottolineare che la posizione dei punti di misurazione non influisce sul valore della misura stessa, in quanto dalla viewport è possibile vedere solo i tratti centrali degli oven, dove esiste il plateau termico descritto nei paragrafi precedenti.
Fig. 4.22 Rappresentazione della vista attraverso la viewport frontale dell’impianto di test e dei punti di misura.
Fig. 4.23 mostra i risultati in termini di temperatura massima, ottenuti numericamente (su un singolo oven, come descritto nel paragrafo 4.3) e sperimentalmente (considerando la media aritmetica di di-verse misure effettuate sui quattro oven costituenti l’apparato).
Capitolo 4
Fig. 4.23 Confronto tra risultati numerici e sperimentali in termini di massima temperatura registrata lungo gli oven a varie correnti di attraversamento.
Si può notare come ci sia un’ottima corrispondenza tra i dati numerici e sperimentali. In particolare l’errore massimo, registrato per una corrente riscaldante pari a 60 A, è di 50 °C, pari al 3% del valore misurato. I risultati devono comunque essere intesi come qualitativi, considerando la bassa risoluzione dello strumento (pari a 10 °C per temperature fino a 1500 °C e pari a 25 °C per temperature superiori). In Fig. 4.24, al fine di apprezzare le massime differenze che si possono avere per ripartizioni non uguali della corrente di riscaldamento, sono mostrati i risultati sperimentali in termini di temperatura misu-rati sui quattro diversi oven.
Fig. 4.24 Media delle temperature misurate sperimentalmente sui quattro oven al variare della corrente di attraversamento.
Si può notare che temperature misurate per i quattro oven risultano molto simili tra loro a parità di corrente, evidenziando scostamenti massimi di 30 °C.
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
T
m ax[°
C]
oven current [A]
numerical experimental 1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650 1750 1850 1950 2050 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85
T
m ax[°
C]
oven current [A]
oven 1 oven 2 oven 3 oven 4
Studio e sviluppo della tecnica mass-marker
73
Conclusioni
Un mass-marker consiste in una quantità calibrata di atomi che viene inserita in un apposito riscalda-tore, chiamato oven, e fatta diffondere verso la sorgente di ionizzazione. Essa è usata per una taratura preliminare degli strumenti di diagnostica e ottica di fascio prima dell’estrazione del RIB (nel caso di applicazioni on-line) e per caratterizzare le sorgenti di ionizzazione in termini di efficienza ed emittan-za presso il front end, l’apparato di test off-line del progetto SPES. Al fine di ottenere il massimo con-trollo sulla diffusione degli atomi lungo l’oven è necessario conoscere con precisione le condizioni di temperatura e pressione in cui il mass-marker si trova. A tal proposito, dopo una dettagliata descrizio-ne della tecnica mass-marker, è stato realizzato un modello numerico in grado di descrivere qualitati-vamente la distribuzione di temperatura lungo l’oven. Oltre a questo, è stato descritto brevemente un metodo per studiare e ricavare i meccanismi di sublimazione e decomposizione del sale costituente il mass-marker. Come si vedrà nel prossimo capitolo, la conoscenza di questi parametri può permettere di prevedere con buona approssimazione la corrente di oven necessaria per far sublimare e diffondere il sale depositato.
Si sono successivamente riportate la procedura per la preparazione di un mass-marker e la lista delle soluzioni attualmente disponibili per la sua preparazione.
Considerando inoltre l’importanza della pulizia di tutti i componenti del sistema target-ion source, nell’ultima parte del capitolo sono descritte le fasi di realizzazione di un apparato per la pulizia degli oven ad alta temperatura. Questi ultimi, infatti, date le loro caratteristiche geometriche, non possono essere facilmente purificati mediante metodi di pulizia convenzionali. Il sistema è stato progettato ed ottimizzato dal punto di vista termico con l’ausilio di un modello numerico appositamente costruito. Infine, dopo la sua realizzazione, esso è stato testato, permettendo la validazione del modello FE. L’apparato in questione è risultato sopperire ai principali svantaggi di quello precedentemente utiliz-zato.