Categoria: Tesi

Author: CECCATO MARCEL ; Type of thesis: Master Thesis
Abstract: L’uso di materiali superconduttori per la costruzione di cavità RF per gli acceleratori di particelle, permette di ottenere degli alti gradienti di accelerazione con basse perdite termiche. Tra tutti i possibili materiali, il niobio massivo puro, con Tc = 9.2 K, presenta il migliore comportamento superconduttivo se sottoposto ad alti campi di RF. Per ottenere alti fattori di qualità (Q0) e alti campi acceleranti (Eacc), sono necessarie superfici piatte e libere da difetti superficiali. Le dispersioni si generano in uno strato superficiale di 50-100 nm che presenta
esternamente l’ossido nativo (5-10 nm) solitamente contaminato da polvere ed elementi adsorbiti durante il processo di pulitura superficiale.
I processi di pulitura chimici BCP (Buffer Chemical Polishing) generano ottime superfici, nel particolare la lucidatura chimica ottenuta con la miscela FNP 1:1:2 (Acido Fluoridrico, Acido Nitrico, Acido Ortofosforico 1:1:2 v/v/v) da Kinter1 offre anche ottimi rendimenti. Nonostante questo, con il miglioramento delle tecniche di produzione, il trattamento finale è diventato il vero fattore limitante per l’ottenimento di gradienti acceleranti superiori a 35-40 MV/m2. L’EP (Electrochemical Polishing) rappresenta una valida alternativa offrendo, già dalle prime applicazioni, un miglioramento rispetto ai processi chimici standard di lucidatura. Infatti, anche se non è completamente chiaro il motivo, le superfici elettrolucidate presentano gradienti acceleranti maggiori delle superfici lucidate chimicamente. D’altronde l’impiego dell’elettrolucidatura, condotta in HF 36% / H2SO4 4%, non evita l’uso di agenti chimici alquanto pericolosi. Nasce da questi presupposti codesto lavoro di tesi che si propone l’ambizioso obiettivo di rendere il processo più sicuro e allo stesso tempo meno costoso. Continue reading →

Author: Pira Cristian ; Type of thesis: Master Thesis
Abstract: Positive cum laude

ABSTRACT

Questo lavoro di tesi si propone di realizzare un nuovo tipo di sorgente per la deposizione di film sottili con velocità più elevate dei tradizionali sistemi magnetron sputtering e con un’erosione più uniforme del target.
Nelle tradizionali sorgenti di sputtering a diodo il plasma è sostenuto da una scarica elettrica in vuoto, in cui gli elettroni prodotti ionizzano il gas presente. Gli ioni del gas bombardano il target che funge da catodo, i cui vapori si depositeranno sul substrato, crescendo un film sottile ad elevata purezza. Il problema di queste sorgenti è la ridotta velocità di deposizione, a causa del fatto che gli elettroni vengono assorbiti dall’anodo (cfr. capitoli 1 e 3).
Oggigiorno le sorgenti a diodo, salvo specifici casi, sono state sostituite dalle più efficienti sorgenti a magnetron, in cui gli elettroni, spiralizzando attorno alle linee del campo magnetico, percorrono un cammino più lungo prima di arrivare all’anodo e producono pertanto un maggior numero di collisioni ionizzanti. Sono state poi sviluppate numerose configurazioni che mirano all’aumento della ionizzazione del plasma, in quanto è fondamentale aumentare la velocità di deposizione se si vuole utilizzare questa tecnica anche in campo industriale.
Due sono le strade che si possono seguire: aumentare ulteriormente il cammino degli elettroni, come ad esempio nelle sorgenti ECR (Electron Cyclotron Resonance) dove si sfrutta una sorgente a microonde; oppure aumentare la densità elettronica, e di conseguenza anche la densità ionica (un plasma deve essere sostanzialmente neutro) con l’ausilio di una seconda sorgente di elettroni. Nel passato si è indagata la possibilità di accoppiare al magnetron un filamento emittore di elettroni che sostenga la scarica, (…)
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Author: Pretto Nicola ; Type of thesis: Master Thesis
Abstract: Il presente lavoro di tesi ha visto la progettazione meccanica, mediante Autodesk® Inventor™ “Professional 2008”, di una camera da Ultra Alto Vuoto per la deposizione fisica da fase vapore -magnetron sputtering- di film metallici su substrati nastriformi, adottando un sistema di movimentazione di tipo roll-to-roll. La peculiarità di questo apparato è quella di poter trattare, in un’unica sessione, un nastro continuo lungo anche qualche centinaio di metri. Il progetto è nato contestualmente alla necessità della TFE (Thin Film Equipment) di avere un impianto pilota semi-industriale per la produzione in continuo di film sottili di silice su materiale plastico. Con tale apparato, la TFE intende effettuare uno studio di processo atto a caratterizzarne i parametri ed a verificare le caratteristiche dei film, in vista della possibile costruzione di un vero e proprio impianto industriale per la STMicroelectronics. In particolare, la progettazione della macchina è un’operazione di refurbishing di una parte di un sistema da vuoto già esistente e parzialmente funzionante, ma oramai dismesso, che fu costruito allo scopo di conservare le cavità a quarto d’onda in piombo dell’acceleratore dei Laboratori Nazionali di Legnaro in un ambiente il più possibile pulito: il vuoto spinto. Questa camera, oltre a poter essere impiegata come impianto pilota per uno studio di processo industriale di deposizione su nastro, è stata predisposta anche per poter trattare substrati generici, all’occorrenza, previa rimozione del sistema di movimentazione. L’operazione iniziale è stata la trasposizione su file dei due sistemi da vuoto dismessi; quindi è stata effettuata una veloce analisi degli spazi destinati ad alloggiare il futuro impianto, ne sono stati definiti gli utilizzi ed i requisiti tecnici, sono stati valutati gli interventi da effettuare ed infine sono stati presi in considerazione gli accessori da applicare, con particolare attenzione ai sistemi di deposizione e di movimentazione del nastro. Continue reading →

Author: FRIGO ANDREA ; Type of thesis: Master Thesis
Abstract: Nel contesto della ricerca internazionale della fisica delle alte energie un sempre maggiore interesse è rivolto agli acceleratori di particelle e alle tecnologie associate. L’estrema complessità e il considerevole costo di queste macchine acceleratrici impone alla comunità internazionale di collaborare strettamente per la loro realizzazione. Non solo la fisica fondamentale è estremamente interessata a questi progetti: decine sono i campi della scienza e della tecnologia coinvolti nella sfida di un miglioramento delle cavità acceleranti, dei sistemi da vuoto e delle sorgenti di radiofrequenza. Tutte le tecnologie applicate in questo ambito, infatti, hanno un notevole impatto sulle scienze mediche, sullo studio dei materiali, sulla biologia, sulla chimica e in molte altre scienze applicate.
Questo elaborato di tesi, nato della collaborazione tra INFN-LNL e il Laboratoire de l’Accelérateur Linéaire (Orsay, France), si colloca in tale scenario e si propone il miglioramento delle prestazioni dei power coupler TTF-III ( TESLA Test Facility) per cavità superconduttive che verranno utilizzati negli acceleratori lineari “European X ray Free Electron Laser (XFEL) e ”International Linear Collider” (ILC). La funzione principale dei coupler è di trasferire potenza dalla sorgente RF ( tipicamente un klystron) alle cavità superconduttive all’interno delle quali il fascio di particelle cariche viene accelerato. Un coupler non è altro che una guida d’onda che trasporta potenza con un basso livello di riflessione e attenuazione. Esso c
ostituisce, inoltre, una barriera tra la sorgente a pressione atmosferica e la cavità acceleratrice in ultra alto vuoto e minimizza le perdite termiche tra la guida d’onda, a temperatura ambiente, e la cavità RF, che, nel caso del modello TTF, è a 2.0 K.
Il coupler TTF è essenzialmente suddiviso in tre zone:

1. la zona “fredda”. È una linea a 70 Ω con diametro esterno a 40 mm. Include una finestra dielettrica che mantiene la cavità in vuoto e la isola da polveri e contaminanti, che costituiscono un limite nelle performance della cavità;
2. la zona “calda”. È una linea a 50 Ω con diametro esterno a 62 mm. È una finestra dielettrica ceramica che consente alla linea co-assiale di essere mantenuta in vuoto spinto;

3. un adattatore guida d’onda-transizione coassiale che eguaglia l’impedenza della guida d’onda rettangolare proveniente dal klystron con quella co-assiale.

Le finestre ceramiche sono in allumina 9,6% di purezza e vengono rivestite da film di materiali come Ti, Cr2O3 e TiN, che riducono il coefficiente di emissione secondaria degli elettroni, minimizzando il fenomeno del multipactoring.
In questo lavoro di tesi è stato condotto un accurato studio per depositare un coating di nitruro di titanio stechiometrico, uniforme in altezza e in lunghezza e con uno spessore definito su prototipi di rf windows.. Continue reading →

Author: Baracco Riccardo ; Type of thesis: Master Thesis
Abstract: 

Negli ultimi anni, l’uso di materiali trattati superficialmente al fine di
migliorarne caratteristiche fisiche, chimiche ed applicative, ha presentato una crescente accelerazione. Questa crescita, guidata dall’interesse della grande industria e della ricerca, ha portato allo sviluppo di varie tipologie di trattamento superficiale: dalla semplice pulizia chimica ed elettrochimica al ricoprimento con film sottili. Un importante settore è riservato ai ricoprimenti di film duri (TiN, DLC, ecc.) o con proprietà chimiche, ottiche adatte all’applicazione industriale (Es. piccoli band gap; resistenza all’attacco chimico). Tra questi, il DLC è un tipo di ricoprimento duro che combina in particolare proprietà d’elevata durezza e basso attrito, utili nel ricoprimento dei componenti dei macchinari e di microingranaggi (grazie alla proprietà d’essere autolubrificante). Inoltre presenta notevoli proprietà di resistenza all’attacco chimico e biocompatibilità: è quindi utile in gioielleria così come per applicazioni mediche.
In questa tesi, sarà trattato il DLC (Diamond like Carbon) quale tipologia di
ricoprimento sottile utile all’applicazione industriale, in particolare nel settore della gioielleria. Verranno elencate le principali tecniche di crescita dei film DLC, le caratteristiche di questo materiale. Sarà descritta la tecnica di deposizione mediante plasma ion-gun, illustrando le varie tipologie di sorgenti di ioni che possono essere usate, nonché la fisica che sta alla base del processo di crescita. Inoltre, sarà illustrato il sistema utilizzato per realizzare i ricoprimenti presso i Laboratori Nazionali di Fisica Nucleare – LNL (INFN) – dell’Università degli Studi di Padova, nell’ambito del “Master in trattamenti di superficie per l’industria”. Scopo del lavoro svolto è stato il raggiungimento di un elevato livello di protezione dei campioni d’argento posseduti, dall’attacco chimico e quindi dall’annerimento naturale del metallo prezioso, grazie alla creazione di un sottile strato DLC di poche decine di nanometri. Questo presenta caratteristiche di trasparenza e resistenza chimica tali da poter essere usato come materiale protettivo sull’argento. Il capitolo 1, descrive dunque le caratteristiche del DLC, le sue applicazioni ed i metodi di deposizione standard. Il capitolo 2 sarà dedicato alla descrizione delle sorgenti di ioni, le caratteristiche fisiche, tecnologiche e costruttive. Nel capitolo 3, si passerà a descrivere le caratteristiche del DLC depositato con ion-gun, con simulazioni d’impianto ionico e cenno alle principali tecniche di analisi dei film cresciuti. Il quarto capitolo tratterà la parte sperimentale della tesi di master, con la descrizione dell’apparato sperimentale utilizzato, dei procedimenti seguiti e dell’analisi dei campioni ricoperti parzialmente da film DLC e loro caratteristiche, prima e dopo l’attacco chimico. Nel quinto si trarranno le conclusioni del lavoro e dei risultati ottenuti con tale tecnica di deposizione su argento, indicando le prospettive future in questo campo. Continue reading →

Author: Barison Simona ; Type of thesis: Master Thesis
Abstract: Tra i sistemi attuali di conversione dell’energia con basso impatto ambientale, le celle a combustibile sono tra quelli che destano il maggiore interesse. Ipotizzate dal fisico inglese William Grove sin dalla fine dell’800, vennero realizzate per la prima volta nel 1959. Tuttavia, solo negli ultimi anni la ricerca in questo settore ha avuto una straordinaria crescita in campo automobilistico, per dispositivi portatili, per impianti elettrici domestici o per grandi centrali elettriche. Tale sviluppo è giustificato dal sempre maggiore interesse per le problematiche ambientali e dal notevole miglioramento tecnologico nel settore dei materiali, che ha portato ad avere celle a combustibile con efficienze e stabilità termiche e meccaniche decisamente più elevate a costi minori e per cui è possibile ipotizzare uno sviluppo commerciale di questi dispositivi in tempi relativamente brevi. Tra i vari tipi di celle a combustibile, le celle ad ossido solido (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) sono in fase di sviluppo per applicazioni stazionarie quali piccole centraline elettriche o grandi impianti e i primi prototipi sono già stati testati con successo. Tali dispositivi, però, necessitano di temperature
di esercizio molto elevate (800 ÷ 1000°C) e quindi di materiali elettrodici, elettrolitici e di interconnessioni metalliche che resistano a tali temperature. Ciò comporta costi notevoli per l’impianto e, in vista di una loro potenziale commercializzazione, si è reso quindi necessario lo sviluppo di nuovi materiali per abbassare le temperature a valori attorno a 500 ÷ 800°C, ovvero nel range di temperature definite “intermedie” (IT-SOFC, Intermediate Temperature SOFC). L’istituto IENI (Istituto per l’Energetica e le Interfasi) del CNR di Padova, in cui questo lavoro di tesi è stato svolto, è attualmente coinvolto, assieme ad altri istituti del CNR, quali l’ITAE (Istituto di Tecnologie Avanzate per l’Energia) di Messina e l’ISTEC (Istituto di Scienza e Tecnologia dei materiali Ceramici) di Faenza, ad istituti universitari e ad aziende italiane, in alcuni progetti che promuovono in ambito nazionale lo sviluppo di sistemi SOFC basati su tecnologia italiana ed hanno come obiettivi la sintesi di materiali innovativi e la realizzazione di stack SOFC (circa 500 W) operanti a temperature intermedie, oltre al testing di stack commerciali. Nell’ambito di questi progetti, il gruppo di ricerca in cui questa attività è stata svolta ha orientato le indagini verso la deposizione mediante PVD (Physical Vapor Deposition) di film elettrolitici a base di ceria drogata con gadolinia (Gadolinia Doped Ceria, GDC) su anodo supportante. La GDC è, infatti, nota come materiale elettrolitico avente buona conducibilità ionica (10-4 ÷ 10-2 S cm-1) nel range di temperaturacompreso tra 400 e 650°C. In questa configurazione di cella si è deciso di impiegare un anodo supportante costituito da un cermet Ni-YSZ, ovvero un composito ceramica-metallo a base di nichel metallico e ossido di zirconio stabilizzato con un 8% molare di ossido di ittrio (Yttria Stabilized Zirconia, YSZ). Tale anodo è attualmente uno dei più studiati perché presenta un’ottima stabilità meccanica anche a temperature elevate ed è quindi in grado di supportare meccanicamente la cella, oltre ad avere le caratteristiche richieste di conducibilità ionica ed elettronica alle temperature di esercizio. Inoltre, pur essendo allo studio l’impiego di anodi Ni-GDC, chimicamente compatibili con l’elettrolita a base di GDC, tali cermet hanno caratteristiche meccaniche inferiori a quelli a base di YSZ e mostrano alcune problematiche nell’ambiente anodico riducente per la parziale riduzione del Ce(IV) a Ce(III).
Perciò, volendo utilizzare come elettrolita la GDC su anodi a base di YSZ, alcuni autori riportano che ad alte temperature la ceria reagisce con la zirconia per formare un film interfacciale isolante, che causa una caduta di potenziale all’interfaccia anodo/elettrolita. Inoltre, l’anodo è molto poroso e, durante Continue reading →

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

Il lavoro svolto dalla candidata durante il Master in Trattamenti di Superficie per L’Industria si inserisce all’interno di una collaborazione Laboratori Nazionali di Legnaro-VARIAN®, nata per l’interesse dell’azienda a risolvere il problema della sbavatura dei rotori in avional di pompe turbomolecolari. Infatti le bave, che sono dovute alla lavorazione meccanica, a causa dell’alta velocità di rotazione del rotore potrebbero staccarsi e compromettere il funzionamento della pompa turbomolecolare stessa.
I processi analizzati (attacco chimico, elettrolucidatura e burattatura) sono tecniche di finitura superficiale molto importanti e diffuse nell’industria, soprattutto a causa della loro versatilità che ne rende le applicazioni molto diverse tra loro.

Il lavoro di Tesi di Master presentato vuole essere sia un riepilogo delle conoscenze apprese durante il master in questo campo, sia uno strumento utile per la prosecuzione della collaborazione: i capitoli finali sono infatti concepiti in modo tale da ricostruire nel modo migliore possibile la storia di tale progetto. Continue reading →

Author: MENEGATTI PAOLO ; Type of thesis: Master Thesis
Abstract: Uno dei problemi che sorgono quando si ha a che fare con impianti centrali nucleari di potenza[1,2] è la contaminazione radioattiva dei materiali impiegati nell’arco di tutto il processo produttivo: dalla estrazione e macinazione del minerale, alla raffinazione e arricchimento, al
funzionamento del reattore e ricondizionamento del combustibile esausto.
Abitualmente i rifiuti nucleari vengono solidificati e compattati prima di essere sepolti in depositi sotterranei civili e militari che sono per loro natura di capacità limitata; di conseguenza è di primario interesse lo studio di tecniche in grado di separare la frazioni a diverso grado di radioattività, dette di decontaminazione, per permettere una ottimizzazione degli spazi disponibili. Le tecniche di decontaminazione possono esser sia di natura chimica che fisica. Fra le tecniche ormai mature impiegate per la decontaminazione si annoverano la pallinatura, la lucidatura con miscele acqua/ceramica e la dissoluzione ad opera di agenti chimici, che però propongono ulteriori problemi in quanto le miscele lucidanti e gli acidi impiegati devono poi essere considerati a loro volta radioattivi ai fini dello smaltimento. Recentemente[2], si è pensato di utilizzare tecniche di arco a bassa pressione per trattare le superfici contaminate da radiazioni. La tecnica si basa sulla possibilità di erodere lo strato radioattivo superficiale preferenzialmente rispetto al substrato metallico sottostante: l’arco
catodico permette di erodere lo strato superficiale in tempi dell’ordine di un secondo per cm2 . L’efficienza di questa tecnica è stata valutata nell’80%.
Il materiale radioattivo proveniente dal materiale da decontaminare si deposita sulle superfici affacciate all’arco, e risulta quindi di facile eliminazione. Partendo da questo problema tecnologico, si è pensato di applicare tecniche simili per pulire i telai in Cu che costituiscono parte del rivelatore dell’esperimento CUORE.
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