Casella, Federico (2016) Diseño y optimización de un aplanador de flujo neutrónico para dopaje de silicio en el Reactor RA-10. / Design and optimization of a neutron flux screen for silicon in the RA -10 Reactor. Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
El reactor multipropósito RA-10 que se construirá en Ezeiza tiene como objetivo principal aumentar la producción de radioisótopos destinados al diagnóstico de enfermedades; adicionalmente el proyecto RA-10 permitirá ofrecer al sistema científico-tecnológico oportunidades de investigación, desarrollo y producción. Entre ellas se contará con una facilidad de dopaje de silicio a través de transmutación neutrónica para producir material semiconductor. La principal ventaja de esta técnica de fabricación es que se obtiene el semiconductor más homogéneamente dopado del mercado. Esto se logra irradiando a la pieza con un flujo neutrónico axialmente uniforme. La uniformidad axial se obtiene diseñando un aplanador de flujo que consiste en un conjunto de anillos de acero de diferentes espesores para lograr aplanar el perfil de flujo neutrónico que irradia al silicio. El objetivo de este trabajo es diseñar e implementar un algoritmo que permita calcular los espesores óptimos de acero de forma tal de modificar el perfil de flujo neutrónico que se genera en el núcleo para uniformizarlo lo más posible. Se proponen y evalúan mejoras para incrementar el valor del flujo neutrónico al cual se uniformiza. Posteriormente se evalúan los tiempos necesarios para obtener diferentes resistividades objetivo y se realizan cálculos de activación neutrónica para determinar los tiempos de decaimiento necesarios para cumplir los límites de actividad requeridos. Se realizan además cálculos de calentamiento para determinar la potencia que se debe disipar para refrigerar la facilidad.
Resumen en inglés
The RA-10 multipurpose research reactor, to be built in Ezeiza, will be able to increase the production of radioisotopes intended for medical purposes. In addition, the RA-10 project will offer new opportunities for research and development for the scientific and technological communities. One of the facilities under development is for the production of high quality silicon semiconductor, using the neutron transmutation doping method. The main advantage of this fabrication technique is that produces a semiconductor material with the most homogeneous doping in the silicon market. This is achieved by irradiating the ingot with an axially uniform neutron flux. The axial uniformity is obtained by designing a flux screen, which is made of several steel rings of different thickness to flatten the axial flux distribution that interacts with the silicon. The objective of this work is to design and to implement an algorithm to calculate the optimum steel thickness to modify the flux distribution and maximize its uniformity. Improvements to the flux screen are proposed and evaluated. Furthermore, the irradiation time needed to get different resistivity targets is evaluated and neutron activation calculations are made to find the decay time needed to achieve the activity limit required. Heating calculations are made to establish the power that needs to be cooled in the facility.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Research reactors; Reactores de investigación; Neutron flux flattening; Aplanamiento del flujo neutrónico; Radioisotopes; Radioisotopos; Silicon; Silicio; Monte Carlo method; Método de Monte Carlo; Semiconductor materials;Materiales semiconductores [RA-10 reactor; Reactor RA-10; Doping silicon; Dopaje de silicio] |
| Referencias: | Capítulo 1: [1.A] http://www.cnea.gov.ar/RA10 [1.B] Blaumann H. y Vertulllo A. "Advance in the RA-10 Reactor Project". En: International Group on Research Reactors (IGORR) conference 2014. [1.C] Granada J.R. "Ideas y motivaciones para la construcción de un reactor nuclear argentino de investigación". Marzo 2008 [1.D] Jakeman D. "Physics of Nuclear Reactor". The English Universities Press LTD, 1966. [1.E] Australian Nuclear Science and Technology Organisation "How does OPAL work?" [1.F] Da Silva J.E.R., Silva A.T., Terremoto L.A.A. y Durazzo M. "Program for in-pile qualification of high density silicide dispersion fuel at IPEN/CNEN-SP". En: International Nuclear Atlantic Conference (INAC), Río de Janeiro, 2009. [1.G] IAEA. "Applications of Research Reactors", IAEA Nuclear Energy Series. [1.H] IAEA. "Production and Supply of Molybdenum-99", 54th General Conference, IAEA. [1.I] ISOFLEX. "Iridium-192". Disponible en: http://www.isoflex.com/iridium-192 [1.J] Imperial Centre for Endocrinology (ICE). "Lutetium Therapy Patient Information Sheet". Disponible en: http://www.imperialendo.com/for- doctors/lutetiumtherapy/ lutetium-therapy-patient-information-sheet. [1.K] IAEA."Utilization related design features of research reactor: a compendium." Technical Reports Series No 455, 2007. [1.L] Sánchez F., Bazzana S., Cintas A., Chiaraviglio N., Márquez A., Longhino J., Yunes A. “Neutronic performance of RA-10’s experimental facilities at basic engineering stage” En: AATN 2013 [1.M] Sánchez F., Cintas A., Blaumann H. “RA-10: Argentinean Multipurpose Reactor” Neutron News, volumen 25- número 4. Capítulo 2: [2.A]TECDOC-1681: "Neutron transmutation doping of silicon at research reactors". IAEA, 2012. [2.B]Laube P. ”Wafer fabrication: Doping techniques” En: www.halbleiter.org/en/waferfabrication/doping [2.C]TECDOC-456: “Silicon transmutation doping techniques and practices”. IAEA, 1985. [2.D] “Research Nuclear Reactors” - CEA [2.E] “Production and Supply of Molybdenum-99” – 54th IAEA General Conference (2010) [2.F] “Significant increase in production and market share: ANSTO Silicon” – En: http://www.ansto.gov.au/AboutANSTO/MediaCentre/News/ACS068778 [2.G]Sanchez, F. et al. ”Irradiation Facilities Performance at RA-10”. En: International Group on Research Reactors (IGORR) conference 2014. Capítulo 3: [3.A] Tremosa A.D. "Electrónica del estado sólido". Editorial Marymar, 1980. [3.B] G. Gilmore. "Practical Gamma-ray Spectrometry". Wiley, 2008 [3.C]Selva R.N. "Dispositivos Electrónicos". Nueva Librería. [3.D] Nave R. “Microscopic View of Ohm's Law”. Georgia State University. En: “http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/electric/ohmmic.html” [3.E] TECDOC-1681: "Neutron transmutation doping of silicon at research reactors". IAEA, 2012. [3.F] Sze S.M. "Physics of Semiconductor Devices". Wiley [3.G]Mackintosh R. "Nucleus: A trip into the heart of matter" [3.H] "Isotope Browser" - IAEA [3.I]Firestone R. "Table of Isotopes". Wiley-Interscience [3.J] Reuss P. "Neutron Physics". EDP Sciences, 2008 [3.K] Meyerhof W.E. "Elements of Nuclear Physics". Mc Graw-Hill, 1967 [3.L] Kopecky J. "Atlas of Neutron Capture Cross Sections". INDC [3.M] Beckurts K.H. "Neutron Physics". Springer-Verlag, 1964 Capítulo 4: [4.A] “A General Monte Carlo N-Particle (MCNP) Transport Group”.Los Alamos National Laboratory. En: https://mcnp.lanl.gov/ [4.B] Glasstone & Bell. “Nuclear reactor Theory”, 1970. [4.C] “Comportamiento temporal de un reactor cercano a crítico” – Apunte IV de Física de Reactores- Instituto Balseiro [4.D] MCNP5 manual. Vol I. Capítulo 5: [5.A] IT-INV/RA-10/0120-3-031. “Base de datos para los calculos neutrónicos”- Informe técnico proyecto RA-10,INVAP [5.B]Sanchez, F. et al. ”Irradiation Facilities Performance at RA-10”. En: International Group on Research Reactors (IGORR) conference 2014. Capítulo 6: [6.A] TECDOC-1681: "Neutron transmutation doping of silicon at research reactors". IAEA, 2012. Capítulo 7: [7.A] JENDL Nuclear data [7.B] IAEA Nuclear data [7.C]] TECDOC-1681: "Neutron transmutation doping of silicon at research reactors". IAEA, 2012. [7.D] “Production of Radioisotopes and NTD- Silicon in the BR2 reactor”- B. Ponsard [7.E] National Institute of Standards and Technology – Physical Measurements Laboratory |
| Materias: | Ingeniería nuclear > Física de reactores Ingeniería nuclear > Ingeniería de reactores Física > Física nuclear |
| Divisiones: | Energía nuclear > Ingeniería nuclear > Física de reactores y radiaciones |
| Código ID: | 547 |
| Depositado Por: | USUARIO INVÁLIDO |
| Depositado En: | 25 Aug 2016 10:41 |
| Última Modificación: | 25 Aug 2016 10:41 |
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