El primer acelerador instalado en el CNA es fundamentalmente una herramienta analítica y de modificación de materiales. Acelera protones, partículas alfa y una gran variedad de otros iones mediante la generación de una elevada diferencia de potencial, de hasta 3 Millones de Voltios (MV).
El primer acelerador que llegó al CNA fue este Tándem tipo Pelletron, modelo 9SDH-2, de National Electrostatics Corporation (NEC). Este acelerador está principalmente dedicado a la caracterización y modificación de materiales mediante el uso de técnicas IBA e implantación iónica, así como a la Física Nuclear, bien mediante el estudio y desarrollo de instrumentación nuclear, fundamentalmente detectores de radiación, o mediante la producción de neutrones (línea HISPANoS).
Los iones se obtienen de tres fuentes de iones. Una está basada en el uso de radiofrecuencias (Alphatross) y genera iones negativos a partir de gases (H, He, N, …). Otra es una fuente de bombardeo con cesio (SNICS) que genera iones negativos a partir de una muestra sólida. Y la más reciente de las tres, es una fuente tipo Duoplasmatron, que es muy estable y proporciona un haz de alto brillo. Las fuentes están conectadas mediante distintos puertos a un deflector magnético que selecciona la masa deseada.
En un tanque de aceleración, mediante transporte mecánico de carga con pellets, se aceleran los iones seleccionados previamente, siendo el voltaje máximo en el terminal de 3 MV. Con el conjunto de herramientas necesarias, el haz de iones se dirige, focaliza y se monitoriza tras su paso por el acelerador. Al final de la línea experimental, el haz puede pasar directamente a la línea de 0° o puede ser desviado por un deflector magnético hacia una de las seis líneas de trabajo disponibles.
Para la detección de partículas y fotones se cuenta con detectores SiLi y LEGe de Canberra, un HPGe de Ortec, un detector de NaI(Tl) y detectores de Si de implantación iónica.
En esta línea se desarrollan y se prueban elementos de instrumentación nuclear (detectores, electrónica, etc.) que posteriormente se utilizarán en instalaciones internacionales de Física Nuclear.
El sistema de focalización está fabricado por Oxford Microbeam Ltd. Con este sistema es posible incidir sobre la muestra con un haz de pocas micras. El modo de barrido permite obtener mapas elementales que dan a conocer la distribución espacial de concentraciones en las muestra. Las bobinas del sistema de barrido permiten un área máxima de barrido de 2.5x2.5 mm2 para protones de 3 MeV.
Esta cámara ha sido diseñada para realizar simultáneamente experimentos mediante RBS, PIXE, NRA y PIGE. Un conjunto de detectores de fotones y de partículas se usan para combinar todas estas técnicas IBA.
Conectada a la cámara multipropósito, esta cámara de vació está equipada con paredes revestidas de negro, un sistema calefactor, un monitor de control de temperaturas y un sistema de diagnóstico fotónico que permite realizar principalmente estudios de ionoluminiscencia. Además, varios puertos de acceso permiten la ubicación de detectores para realizar experimentos IBA con temperaturas hasta 500 °C.
Esta cámara diseñada en el CNA tiene como objetivo la irradiación de grandes superficies (16x20 cm2) barridas por el haz mediante un deflector magnético.
Esta línea está principalmente dedicada al estudio mediante canalización iónica de muestras cristalinas. Mediante un sistema telescópico formado por un sistema de dos rendijas se consigue un haz paralelo muy bien definido. Cada una de las rendijas tiene cuatro componentes de tántalo. Esta línea también incluye una Beam Profile Monitor (BPM) y una cámara de Faraday. La cámara está equipada con dos detectores de partículas y un detector de Rayos-X. El portamuestras está montado con un goniómetro de precisión que permite movimientos en los cuatro ejes, direcciones X e Y y dos ángulos de giro.
Los estudios de Arte y Arqueometría son el objetivo principal de esta línea. Debido a la heterogeneidad natural de este tipo de objetos, es obvio que el uso de un haz externo combinado con una buena resolución presenta grandes ventajas en el análisis. Para obtener una buena resolución espacial (~ 60 µm), se han adquirido un conjunto de elementos fabricados por Oxford Microbeams, incluida una abertura que se define con cuatro slits de precisión y una nariz de salida con un ajuste micrométrico.
HISPANoS, acrónimo de Hispalis Neutron Source, es la primera fuente de neutrones basada en aceleradores de partículas en España. En HISPANoS se producen neutrones en un amplio espectro energético que va desde neutrones térmicos a rápidos de hasta 9 MeV mediante las reacciones p(7Li,n), d(D,n), p(9Be,n) y d(9Be,n). Su puesta en marcha ha permitido ampliar las líneas de investigación que ya existían en el CNA con partículas cargadas y fotones. Las principales aplicaciones de la fuente de neutrones son investigación en astrofísica, física médica, caracterización de detectores e irradiación de dispositivos electrónicos para componentes aeroespaciales, entre otras. En 2018 se finalizó una actualización realizada en el acelerador tándem de 3 MV del CNA, mediante la cual se instaló un sistema de pulsado (chopper) y compresión (buncher) del haz y una nueva línea experimental dedicada exclusivamente al tiempo de vuelo (TOF) de neutrones. Este nuevo sistema se diseñó para poder tener haces pulsados tanto de protones como de deuterio con una anchura de pulso comprendida entre 1-2 ns en la posición del blanco de neutrones. La frecuencia del pulso puede variarse desde 32,5 kHz hasta 2 MHz. Información detallada en el siguiente enlace: www.cna.us.es/HISPANOS
IBA es un término genérico que engloba un conjunto de técnicas específicas, de las cuales las principales son:
Cuando una muestra se expone a un haz de iones, se inducen diferentes procesos atómicos y nucleares. Como fruto de estos procesos se generan varios productos, y cada producto aporta información sobre las propiedades del material (composición, estructura, etc.)
En estos últimos años hemos desarrollado dos nuevas técnicas de análisis no disponibles hasta ahora en el CNA, la Ionoluminiscencia (IL) y la Carga Inducida mediante Haz de Iones (IBIC). La IL que consiste en el análisis de la luz emitida por un material bombardeado con un haz de iones y la IBIC permite estudiar propiedades de transporte en detectores semiconductores.
Además de estas técnicas de análisis, se dispone de capacidad para la modificación de materiales. Esto ofrece posibilidades de trabajo muy atractivas. Hay que resaltar que la implantación iónica ha supuesto una revolución en campos como la microelectrónica, la metalurgia o la fabricación de implantes biológicos. La mayoría del trabajo llevado a cabo en este dominio ha sido realizada con pequeños aceleradores electrostáticos que aceleran los iones desde algunas decenas hasta algunas centenas de keV. Hoy en día, va tomando cada vez más interés la implantación a más altas energías (algunos MeV), permitiendo obtener perfiles de implantación más profundos. La línea de implantación del CNA permite realizar trabajos de irradiación de materiales para el posterior análisis de los efectos producidos por irradiación.
C/ Thomas Alva Edison 7
41092-Sevilla (España)
Teléfono: +34 954460553
Fax: +34 954460145
Email: cna@us.es
© 2025 CNA. Todos los derechos reservados.
Diseñado por NODO Publicidad y Comunicación
