Prezentarea programului

   Propunerea de proiect IRCOAL se refera la inlocuirea tintelor de iradiere metalice din sursele gama de iridiu si cobalt fabricate la SCN Pitesti, cu tinte din compusi intermetalici cu aluminiu. Un element foarte important de care trebuie sa se tina seama la proiectarea iradierii tintelor este factorul de autoecranare la neutroni a elementului tinta care se va activa in urma reactiei de captura neutronica si obtinerea unei distributii cat mai uniforme a activitatii in interiorul sursei produse.

   Acest deziderat poate fi realizat prin crearea unei structuri noi care sa includa pe langa atomii tinta, alti atomi ale caror reactii nucleare conduc la producerea de radioizotopi cu timpi de viata scurti in comparatie cu cei ai Ir-lui si Co-lui. Unul din aceste elemente este Al. In principiu cu cat se realizeaza o dispersie mai mare a atomilor tinta in canalul de iradiere cu atat coeficientul de autoecranare este mai mic si practic atomii tinta vad un flux neutronic mai mare. In acest mod se poate obtine o activitate prestabilita pentru o sursa standard (50 Ci -gamagrafie, 2000 Ci - cobaltoterapie) intr-un timp de iradiere mai scurt.

    Un alt beneficiu important ilconstitue economia de material tinta. Materiale intermetalice reprezinta o clasa de materiale care raspunde acestui deziderat prin realizarea unor retele intrepatrunse de material activabil si aluminiu.

   Beneficiile aduse de inlocuirea tintelor metalice cu tinte din compusi intermetalici se refera la scurtarea timpului de iradiere pentru obtinerea de activitati prestabilite. In acest fel poate fi folosit mai eficient timpul de functionare al reactorului, se reduce dependenta de opririle reactorului si se poate asigura o corelatie mai buna si mai rapida cu cerintele beneficiarului. De aemenea se obtine si o importanta reducere a costurilor materiale, iridiul fiind material pretios, iar cobaltul material strategic.

   Consortiul de cercetare este interdisciplinar, realizat din 4 parteneri cu inalte competente stiintifice instudiul materialelor si al tehnologiilor de iradiere. Aceasta experienta este atestata prin carti, lucrari stiintifice, doctorate, participari si conduceri de proiecte de cercetare europene sau nationale. Proiectul dezvolta baza materiala si competentele de cercetare ale consortiului, ofera noi directii de cercetare, conditiile unei racordari la prioritatile, obiectivele si activitatile ariei europene de cercetare.

Stadiului realizarilor S/T din domeniu, la nivel national si international, raportat la tema proiectului

   SCN Pitesti fabrica surse de iradiere gama de iridiu si cobalt, produse care au fost omologate. Tintele metalice aferente acestor surse se fabrica incepind din anul 1991. Pentru procedeul de obtinere a pulberii sinterizabile de Ir s-a obtinut BV-Nr.115704/2000. Sursele fabricate la SCN Pitesti sunt asemanatoare cu cele produse in alte tari producatoare de radioizotopi. Incercarile de reducere a coeficientului de autoecranare a surselor gama de cobalt si iridiu in special, au avut ca scop optimizarea geometriei de iradiere a tintelor pentru obtinerea unei distributii cit mai unifornme a activitatilor in interiorul sursei produse sau variatii a densitatii fluxului de neutroni (Attya A. Abou-Zaid, M. Nasr_, Annals of Nuclear Energy Volume 31, Issue 1, January 2004, Pages 87-96; V. A. Tarasov and Yu. G. Toporov Applied Radiation and Isotopes Volume 48, Issues 10-12, October-December 1997, Pages 1697-1701). In ceea ce priveste  metodele de mecanosinteza a materialelor metalice, ceramice si compozite, in ultimii zece ani acestea au cunoscut o dezvoltare deosebita, datorita posibilitatii de a dezvolta un spectru larg de microstructuri, de la microstructuri amorfe, nanocristaline si mezoscopice , pana la structuri policristaline in materiale compozite ierarhizate  ( L. M. Di, H. Bakker and F. R. de Boer  Condensed Matter, Volume 182, Issue 2, October 1992, Pages 91-98; A. Chiba, T. Ono, X. G. Li and S. Takahashi Intermetallics, Volume 6, Issue 1, 1998, Pages 35-42; D.L. Zhang, Progr. Mater. Sc., 49 (2004), 537).

Contributia proiectului la dezvoltarea cunostiintelor in domeniu, inclusiv noutate şi complexitate a solutiilor propuse

   Intentia de a interveni la nivelul retelei atomice si a realiza o dispersie a elementului activabil cu sectiune eficace de absorbtie a neutronilor mare si foarte mare asa cum sunt cobaltul si respectiv iridiul, intr-un element cu sectiune eficatie de absorbtie a neutronilor foarte mica, asa cum este aluminiul, prin crearea unei retele intrepatrunse de compus intermetalic este o premiera, contribuind la reducerea factorului de autoecranare. In principiu, cu cat se realizeaza o dispersie mai mare a atomilor tinta in canalul de iradiere cu atat coeficientul de autoecranare este mai mic si practic atomii tinta vad un flux neutronic mai mare. In acest mod se poate obtine o activitate prestabilita pentru o sursa standard (50 Ci - gamagrafie, 2000 Ci - cobaltoterapie) intr-un timp de iradiere mai scurt. Compusii intermetalici raspund acestui deziderat avind retelele componentilor intrepatrunse, realizind dilutia componentilor activabili. Realizarea lor sub forma de tinte de iradiere necesita solutii tehnologice complexe: obtinerea prin reactie in faza solida a compusilor intermetalici prin aliere mecanica, punerea in forma si sinterizare a pulberilor rezultate precum si demonstrarea caracteristicilor obtinute prin metode de analiza complexe

 Detalierea activitatilor in corelatie cu obiectivele propuse

   - Activitati de producere a tintelor de iradiere din  compus intermetalici. Realizarea compusilor intermetalici se va face in stare pulverulenta, prin reactie in faza solida, prin aliere mecanica. Tehnologie moderna care solicita echipamente de ultima ora, alierea mecanica s-a impus ca una din principalele metode de realizare a compusilor intermetalici. Stabilirea parametrilor de lucru implica determinarea valorii optime a timpului de amestecare, a atmosferei de lucru, a raportului bile/material. Verificarea acestora va fi facuta prin difractie de raxe X asupra materialului testat si compararea spectrelor cu cele rezultate din calcul. Operatia va fi realizata la UT Cluj de specialisti cu experienta in acest domeniu, iar punerea in evidenta a CoAl, IrAl prin DRX la UPIT-CCMA. Punerea in forma si realizarea tintelor de iradiere in tipologiile dimensionale si caracteristicile definite de specificatiile de tinta, inclusiv realizarea unor dispozitive necesare gen matrite si poansoane, toba de depunere electrochimica etc, se vor realiza la SCN Pitesti, dupa executarea prealabila a testelor de stabilirea a parametrilor de operare pentru sinterizare si depunerea stratului de protectie de nichel.

    - Activitati de caracterizare  a materialelor obtinute in fazelele intermediare si finale a

 procesului de fabricatie.  Determinarea caracteristicilor materialelor obtinute va fi facuta in interiorul  retelei de cercetare dovedind astfel functionalitatea ei. Astfel analiza de DRX asupra CoAl si IrAl atat in stare pulverulenta cit si dupa sinterizare, va fi efectuata la UPIT-CCMA. Proprietatile morfologice ale pulberilor si tintelor sinterizate, dimensiune de graunti, forma granulelor, interfata cu stratul de nichel, precum si analize punctuale de compozitie, constituind o verificare in cruce a analizei DRX, vor fi efectuate la UT Cluj prin microscopie electronica SEM si EDX. Proprietatile fizice, spectrul granulometric, densitatea aparenta a pulberilor si tintelor sinterizate, grosimea stratului de nichel, puritatea chimica si puritatea radiochimica, si propietatile mecanice, duritatea si rezistenta la compresiune vor fi executate la SCN Pitesti.

    - Teste de iradiere a tintelor de iradiere din CoAl si IrAl  si examinarea postiradiere  Testele de iradiere se vor executa la SCN Pitesti in reactorul de cercetare TRIGA. Studiile documentare si calculele neutronice necesare se vor realiza de SCN Pitesti impreuna cu IFIN HH ; se va determina prin calcul de activare cu neutroni  timpul de iradiere necesar pentru obtinerea de activitati specifice prestabilite; valorile obtinute se vor compara cu cele obtinute pentru iradierea tintelor metalice; va fi caracterizata neutronic locatia de iradiere. Dupa iradiere se vor masura activitatile tintelor si se vor compara cu previziunile teoretice. Examinarea post iradiere va pune in evidenta caracteristicile macro si microstructurale a tintelor iradiate. Va fi analizat intr-un studiu documentar traseul sursei de iradiere, inclusiv al tintei, la sfirsitul de viata pina la depozitarea finala.

  Prezentarea rezultatelor S/T corespunzatoare activitatilor prevazute 

           Rezultatele stiintifice obtinute pe  parcursul derularii activitatilor consortiului IRCOAL vor fi prezentate in rapoarte  de etapa si anuale si se vor materializa in studii documetare, calcule, tehnologii si caracterizari de produse.                    

           - Studii documentare Studiu documentar privind metodele de obtinere, caracteristicile si aria de utilizare a compusilor intermetalici. Elaborare model tehnologic de realizare CoAl, IrAl.Stabilirea variantelor de realizare a CoAl, IrAl; Studiu documentar – “End-life” al sursei, depozitare finala

     -  Baze de date  - Baza de date teoretica a structurilor cristaline

     -  Calcule Calculul entalpiei de formare a CoAl, IrAl; Calcule de activare cu neutroni necesare stabilirii timpului de iradiere pentru obtinerea de activitati prestabilite

    - Tehnologii – Tehnologie de obtinere a CoAl, IrAl pulverulent prin aliere mecanica; tehnologie de obtinere a tintelor de iradiere CoAl, IrAl; tehnologie de acoperire a tintelor CoAl, IrAl cu un strat de nichel, tehnologie de iradiere a tintelor de CoAl, IrAl

     - Caracterizari de produse Caracterizarea CoAl, IrAl pulverulent: caracterizare morfologica –dimensiune graunti, forma granulei prin microscopie electronica SEM, caracterizare compozitionala – analize DRX, caracterizare proprietati fizice: spectru granulometric, densitate aparenta; proprietati tehnologice – determinare parametrii tehnologici de punere in forma; caracterizarea tintelor de CoAl, IrAl caracterizare compozitionala- analize DRX, EDX, puritate chimica, puritate radiochimica, caracterizare morfologica – dimensiune graunti, proprietati fizice-densitate aparenta, proprietati termice – determinare coeficient de transfer termic, proprietati mecanice – determinare duritate, rezistenta la compresiune; caracterizarea tintelor de CoAl, IrAl placate cu nichel - determinare grosime strat de nichel, fenomene la interfata-microscopie electronica; caracterizarea tintelor de CoAl, IrAl iradiate – determinarea activitatii, puritate radiochimica, caracterizare post iradiere macro si microstructurala.