Desenvolvimento de um sistema baseado em deposição por laser pulsado para o crescimento de filmes finos radioativos
| Autor: | Noé Gabriel Pinheiro Machado |
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| Přispěvatelé: | Marcus Paulo Raele, Marcello Magri Amaral, Jonas Jakutis Neto |
| Jazyk: | portugalština |
| Rok vydání: | 2019 |
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| Zdroj: | Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP Universidade de São Paulo (USP) instacron:USP Repositório Institucional do IPEN Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN) instacron:IPEN |
| Popis: | Filmes finos radioativos possuem aplicação direta no desenvolvimento de baterias betavoltaicas e alfavoltaicas. Sendo que, a principal vantagem dessas baterias nucleares é a sua durabilidade que pode variar de dezenas a até uma centena de anos, dependendo da meia-vida do radioisótopo utilizado. Nesse contexto, a Deposição por Laser Pulsado (PLD) apresenta-se como uma importante ferramenta. Um aspecto relevante de um sistema que utiliza essa técnica, é que os principais equipamentos ficam fora da câmara onde o material é processado. Logo, tal característica viabiliza o crescimento de filmes finos radioativos, pois possibilita o desenvolvimento de um arranjo onde a área contaminada, devido o processamento de um alvo radioativo, seja controlada. Dessa maneira, o presente trabalho aborda o desenvolvimento de um sistema PLD destinado ao crescimento de filmes finos radioativos. Assim, no que concerne à obtenção da câmara de vácuo e montagem das peças, o sistema foi em grande maioria projetado em um software CAD 3D. Posteriormente, as peças que estariam sujeitas à contaminação por material radioativo foram usinadas e também obtidas através de impressão 3D, sendo assim, de fácil reposição. Como no processo de ablação há a formação de material particulado, um filtro com capacidade para retenção de 99,95% de partículas com até 0,3 µm foi acoplado à câmara, para que o material radioativo não fosse disperso para o restante dos equipamentos de vácuo. O sistema foi então implementado e alvos de Cobre radioativo foram processados durante 60 min e 120 min, resultando em filmes finos radioativos com espessura média de (167,81 ± 3,67) nm e (313,47 ± 9,17) nm, respectivamente. Dessa forma, foi realizado um estudo acerca da dinâmica de contaminação do sistema, em que o filtro utilizado mostrou-se eficiente na retenção do material radioativo, possibilitando que a contaminação ficasse retida na câmara de vácuo. Portanto, demonstra-se pela primeira vez a viabilidade da utilização da técnica PLD no crescimento de filmes finos radioativos, sendo então, possível a utilização desta em estudos futuros acerca do desenvolvimento de baterias nucleares betavoltaicas e alfavoltaicas. Radioactive thin films have a direct application in the development of beta-voltaic and alpha-voltaic batteries. The main advantage of these nuclear batteries is their durability, which can range from tens to a hundred years, depending on the half-life of the radioisotope used. In this context, Pulsed Laser Deposition (PLD) is an important tool. A relevant aspect of a system using this technique is that the main equipment is outside the chamber where the material is processed. Consequently, this feature allows the growth of radioactive thin films, as it enables the development of an arrangement where the contaminated area is controlled. In this way, the present work proposed the development of a PLD system for the growth of radioactive thin films. Thereby, regarding obtaining the vacuum chamber and the assembling of the parts, the system was mostly designed using 3D CAD software. Subsequently, the parts that would be subject to radioactive material contamination were obtained through machining and 3D printing, in this way they are easily replaceable. As the ablation process produces particulate material, a filter with a 99.95% holding capacity for particles with up to 0.3 µm was coupled to the chamber, so the radioactive material could not be dispersed to the remaining vacuum equipment. The PLD system was then implemented and radioactive copper targets were processed for 60 min and 120 min, resulting in radioactive thin films with an average thickness of (167.81 ± 3.67) nm and (313.47 ± 9.17) nm, respectively. Then, a study was performed about the contamination dynamics of the system, in which the filter used was efficient in retaining the radioactive material, allowing the contamination to be retained in the vacuum chamber. Thus, it is demonstrated for the first time the feasibility of using the PLD technique in the growth of radioactive thin films, being possible its use in future studies about the development of beta-voltaic and alpha-voltaic nuclear batteries. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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