Upgrading della deposizione per sputtering di film protettivi all’interno di canne per FDAPB – Master thesi Marco Cesco

Author: Marco Cesco; Type of thesis: Master Thesis
Abstract: L’applicazione di questo lavoro, riguardante un contratto di ricerca tra l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e l’azienda Fabbrica d’Armi Pietro Beretta (FDAPB), ha richiesto il ricoprimento della superficie interna di canne tubolari con lo scopo di evitare delaminazione ed usura nel tempo.
I rivestimenti dovranno essere, perciò dotati di un’elevata purezza, ottima adesione, resistenza a corrosione ed elevate temperature.
I campioni tubolari saranno in materiale ferroso, aventi diametro interno di 18 mm e lunghezza pari a 788 mm.
Il materiale utilizzato per il ricoprimento è il niobio, il quale potrebbe essere la soluzione ottimale per l’applicazione richiesta.
Data la dimensione del campione, la principale problematica risiede nell’ottenere un plasma uniforme ed omogeneo per tutta la sua lunghezza all’interno dello stretto diametro.
Si è deciso di attuare un approccio di tipo PVD con due possibili configurazioni:
Sputtering a diodo in corrente continua (DC) ed alternata (AC).
Sono stati utilizzati strumenti quali il microscopio elettronico a scansione (SEM) e la spettrometria a dispersione di energia (EDX) per studiare le diverse proprietà e per caratterizzare i rivestimenti ottenuti in modo da capire quale tra le due soluzioni sia la migliore.
Inoltre, sono stati fatti ulteriori esami chimici per testarne la qualità come la porosità e la purezza.
Il presente lavoro di tesi ha riguardato anche la progettazione meccanica e la realizzazione di alcune componenti che serviranno a migliorare le condizioni per il trattamento di deposizione.

Deposizione di film di argento su substrati edibili per il mercato orientale e medio orientale – Master Tesi Marco Zordan

Author: Marco Zordan ; Type of thesis: Master thesis
Abstract: I film sottili sono al giorno d’oggi oggetto di studio e sperimentazione in virtù dei loro numerosi impieghi in ambito industriale. Molteplici sono i campi coinvolti ed interessati alla ricerca di questi nuovi “prodotti” e si cerca di spingere sempre più in alto i livelli prestazionali richiesti dai materiali; si va dal campo ingegneristico a quello chimico e fisico fino a quello che studia la scienza dei materiali che comprende anche il ramo biomedico. La continua ricerca di nuove proprietà caratteristiche dei diversi film sottili realizzabili su substrati generici è infatti il principio sul quale si sviluppa il lavoro di questa tesi: la realizzazione e lo studio della caratterizzazione di un deposito di argento su substrati edibili per il mercato orientale e medio orientale.
Si adopera uno dei processi più semplici e versatili per la realizzazione di film sottili cioè il sistema magnetron sputtering che risulta inoltre veloce ed adattabile alle condizioni di lavoro richieste.
Lo svolgimento sperimentale della tesi ha rivelato inoltre durante la fase di deposizione con il sistema di sputtering alcuni aspetti che influenzano la stabilità del processo stesso, aspetti che riguardano la fase di pre-sputtering sul materiale sorgente impiegato. È stato analizzato l’aspetto qualitativo di adesione dei depositi sui diversi campioni edibili, analisi che hanno rivelato delle marcate differenze tra i film sottili realizzati. Con questo lavoro di tesi, dopo aver delineato le proprietà antibatteriche dell’argento, il loro utilizzo nella preparazione dei cibi in Oriente e le caratteristiche della tecnica di sputtering (in particolare quella di magnetron sputtering), ho fornito una descrizione dettagliata dei processi effettuati su diversi substrati edibili, con particolare attenzione a quelli effettuati sul cardamomo, al fine di ottenere delle deposizioni ripetibili, ovvero avere il controllo dei parametri coinvolti nel processo, e determinare con precisione il rate di deposizione, in modo da poter conoscere con sufficiente accuratezza lo spessore di film depositato.

Conceptual design del sistema di trattamento aria per la gestione della radioattività indotta da ciclotrone per la produzione di radionuclidi – Master Tesi Nicoletta Ciatara

Author: Nicoletta Ciatara ; Type of thesis: Master thesis
Abstract: I film sottili sono al giorno d’oggi oggetto di studio e sperimentazione in virtù dei loro numerosi impieghi in ambito industriale. Molteplici sono i campi coinvolti ed interessati alla ricerca di questi nuovi “prodotti” e si cerca di spingere sempre più in alto i livelli prestazionali richiesti dai materiali; si va dal campo ingegneristico a quello chimico e fisico fino a quello che studia la scienza dei materiali che comprende anche il ramo biomedico. La continua ricerca di nuove proprietà caratteristiche dei diversi film sottili realizzabili su substrati generici è infatti il principio sul quale si sviluppa il lavoro di questa tesi: la realizzazione e lo studio della caratterizzazione di un deposito di argento su substrati edibili per il mercato orientale e medio orientale.
Si adopera uno dei processi più semplici e versatili per la realizzazione di film sottili cioè il sistema magnetron sputtering che risulta inoltre veloce ed adattabile alle condizioni di lavoro richieste.
Lo svolgimento sperimentale della tesi ha rivelato inoltre durante la fase di deposizione con il sistema di sputtering alcuni aspetti che influenzano la stabilità del processo stesso, aspetti che riguardano la fase di pre-sputtering sul materiale sorgente impiegato. È stato analizzato l’aspetto qualitativo di adesione dei depositi sui diversi campioni edibili, analisi che hanno rivelato delle marcate differenze tra i film sottili realizzati. Con questo lavoro di tesi, dopo aver delineato le proprietà antibatteriche dell’argento, il loro utilizzo nella preparazione dei cibi in Oriente e le caratteristiche della tecnica di sputtering (in particolare quella di magnetron sputtering), ho fornito una descrizione dettagliata dei processi effettuati su diversi substrati edibili, con particolare attenzione a quelli effettuati sul cardamomo, al fine di ottenere delle deposizioni ripetibili, ovvero avere il controllo dei parametri coinvolti nel processo, e determinare con precisione il rate di deposizione, in modo da poter conoscere con sufficiente accuratezza lo spessore di film depositato.

Study of niobium sputtered copper accelerating cavities as possible alternative to the bulk technology-Magistralis Degree Thesis Martina Martinello

Author: Martina Martinello ; Type of thesis: Magistralis Degree Thesis
Abstract: Several studies regarding the radiofrequency (RF) superconducting proprieties of thin film Niobium on Copper cavities are presented. Two types of Niobium on Copper cavities are analyzed: Quarter Wave Resonators (QWRs) and elliptical 6GHz cavities, in both cases a superconducting Niobium film is deposited via sputtering on the Copper substrate.
The QWRs were characterized at CERN, in the framework of a Summer Student Program. Such cavities are nowadays under study at CERN for the project HIE-ISOLDE. The purpose of this project is the upgrading of ISOLDE facility by the implementation of superconducting accelerating cavities in its linear acceleration section. The RF characterization of QWRs is performed in order to evaluate if the resonator reaches the HIE-ISOLDE specification. In addition, for a more complete understanding of the cavity surface properties, the RRR was evaluated by analyzing the resonance frequency shift near the critical temperature.
The 6GHz Niobium on Copper cavities were instead studied at LNL, INFN. The research was carried out in order to obtain a Niobium thin film with good RF superconducting performances, working on the sputtering parameters. The goal was reached with a high temperature Niobium deposition in which the substrate was heated at 400C. This cavity has the highest Q-factor values found for the analyzed 6GHz cavities.
Furthermore, since the Q-slope is the main problem of the Niobium on Copper cavities, which limits the possibility of the implementation in very high gradient accelerators, a new model is proposed as a possible explanation of this issue. This model analyses the Q-slope as a thermal problem and highlights that the lowering of the performances is due to the Niobium/Copper interface. Because of this interface, a pronounced temperature rinsing occurs, which makes worse the superconducting properties.
Moreover, elevated values of temperature were found in the Helium bath near the external cavity surface, during the measurement of the Cu1_3 cavity. Hence, it may be not surrounded by super-fluid Helium but by a vapor Helium layer instead, and the heat exchange may take place, therefore, following the film boiling regime.

Realizzazione e caratterizzazione di specchi per fotovoltaico a concentrazione-Master Tesi STELVIO GOLFETTO

Author: STELVIO GOLFETTO ; Type of thesis: Master thesis
Abstract: Nato durante la crisi petrolifera del 1970, il fotovoltaico a concentrazione (CPV), congiuntamente a quello flat-plates e a quello thin-film, è una delle risposte ai problemi di carenza energetica che sfruttano la conversione della radiazione solare in potenza elettrica. Negli ultimi anni sono stati raggiunti importanti risultati in molti degli ambiti tecnologici che intervengono nella realizzazione di un sistema cpv. Tra questi uno dei più promettenti per lo sviluppo delle prossime generazioni di sistemi cpv è certamente la disponibilità di celle solari multi-giunzione ad alta efficienza,
ma anche la possibilità di realizzare ottiche free-form a basso costo riveste un ruolo fondamentale nel successo che il solare a concentrazione può avere in futuro. Questo lavoro si riferisce ad un sistema cpv progettato e realizzato da una azienda spin-off dell’Università di Padova, sistema detto twin focus, e riguarda in particolare l’attività di ricerca e sviluppo finalizzata ad ottimizzare le superfici ottiche. Dopo un breve percorso che, partendo dalla descrizione generale del fotovoltaico a concentrazione, arriverà allo sviluppo del twin focus, verranno illustrati i metodi di realizzazione e caratterizzazione delle superfici ottiche con particolare riferimento alla deposizione degli strati sottili che costituiscono le parti riflettenti. Infine verranno discusse le scelte che ne sono scaturite.

Deposizione di film protettivi all’interno di canne tubolari-Master Thesis STEFANO RAPPO

Author: STEFANO RAPPO ; Type of thesis: Master thesis
Abstract:

Lo scopo di questo lavoro di tesi, riguardante un contratto tra l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare INFN e la società Fabbrica d’Armi Pietro Beretta FDAPB, consiste nel realizzare la deposizione di un ricoprimento protettivo all’interno di una canna tubolare ferromagnetica (provetta sparo), avente diametro pari 18 mm a e lunghezza 165 mm.
In questa trattazione si propone di realizzare ricoprimenti protettivi di Niobio, Grafite ed eventuali altri elementi e/o leghe, i quali potrebbero essere la soluzione ottimale per l’applicazione richiesta.
In particolare, si proverà ad ottenere uno spessore maggiore a 5 um, all’interno di un campione ferromagnetico di forma complessa. La difficoltà principale sembra essere data proprio dal ridotto diametro interno ( per motivi fisici consistenti nello spazio disponibile; oltre a questo, l’applicazione richiede un ricoprimento altamente resistente ad alta temperatura ed a corrosione, denso e con ottima adesione all’interfaccia rivestimento-substrato. Per questo motivo non risulta possibile l’utilizzo di un trattamento di elettrodeposizione per il Niobio, su cui sono stati fatti molti tentativi anche nei laboratori nazionali di Legnaro, utilizzando sali fusi ad alta temperatura o liquidi ionici, ottenendo però un ricoprimento amorfo e poroso.
Si è scelto quindi di sondare due diverse possibili configurazioni di tipo PVD, a Post Magnetron Cilindrico e Plasma-Based Sputter Ion Plating, per studiarne le diverse proprietà caratterizzando i film ottenuti con tecniche di analisi SEM-EDX, allo scopo di comprendere con quale delle due configurazioni sia possibile ottenere i risultati migliori.

Sputtering di film superconduttori di niobio in cavità acceleratrici a quarto d’onda-Bachelor Thesis MARTINA MARTINELLO

Author: MARTINA MARTINELLO ; Type of thesis: Bachelor Thesis
Abstract: THIS THESIS IS PROTECTED BY TRADE SECRET. IF YOU WANT TO CONSULT IT, You need to contact the Master Director

Nel seguente lavoro di tesi è stato analizzato lo sputtering di film superconduttori di Niobio, eseguito su cavità acceleratrici, a quarto d’onda, di ioni pesanti. Per comprendere lecaratteristiche che deve avere il film di Niobio è necessario analizzare dapprima l’applicazione concernente a tale materiale. Dato che la realizzazione delle cavità superconduttrici è dettata dalla necessità di un upgrading alla srtuttura ISOLDE presente al CERN è stata inizialmente descritta tale struttura ed il suo funzionamento, quindi come questa produce fasci di ioni radioattivi e a quale scopo; è stata messa in luce poi la necessità dell’upgrading che consentirà ai fasci di ioni radioattivi di raggiungere velocità più elevate grazie all’aggiunta di QWRs superconduttori in
Niobio.
Successivamente è stato descritto il principio di funzionamento di una cavità acceleratrice di ioni pesanti ed in particolar modo del Quarter Wave Resonator, QWR, che è un particolare tipo di cavità chiamato a quarto d’onda per le sue caratteristiche strutturali. Tali strutture vengono realizzate in metallo e possono essere o normal-conduttive o superconduttive; una miglior efficienza nell’accelerazione degli ioni è però fornita grazie all’utilizzo di cavità SC. Queste sono state inizialmente costruite in Piombo e in seguito in Niobio.
L’acceleratore lineare ALPI presente ai Laboratori Nazionali di Legnaro è stato tra i primi acceleratori in cui i QWR sono stati realizzati in Rame e successivamente sputterati con Niobio. È grazie ai vantaggi di questa tecnologia, soprattutto di tipo economici, riscontrati con ALPI che il
CERN ha optato per la realizzazione tramite sputtering del film SC di Niobio delle cavità acceleratrici di ISOLDE. A differenza di ALPI in cui le cavità sono sputterate tramite tecnica Diodo Sputtering, il CERN richiede una tecnica più veloce e facilmente gestibile. I LNL hanno deciso quindi di progettare un sistema di deposizione Magnetron Sputtering che soddisfi tali richieste.
È stata quindi descritta dettagliatamente la tecnica di sputtering, quindi di diodo sputtering e magnetron sputtering, in modo tale che sia chiaro come sono state sputterate le cavità di ALPI tramite Biased Diodo Sputtering e i progetti di Magnetron Sputtering che sono stati pensati per le cavità di ISOLDE fino ad arrivare a descrivere il “Magnetron S.P.” in costruzione ai Laboratori Nazionali di Legnaro. Continue reading