11. ACELERADOR VAN DE GRAAFF TANDEM

TRANSPORTE, MONTAJE Y OPERACION

G. López, R. Roos, W. Domínguez, J. Sanabria,

R. Albo •. J. Col'lillo, R. AlmonzQ, A. Mottínez B.,

G. Murillo, E. Godínez * y M. Mozori**Programa de lAce lerador, Centro Nuc leor.

Comisión Nocional de Energía Nuclear

RES U,'tlES

Bajo la 5.uprn;j~jóndr ~xprrlo5 d~ lH'EC. pI grupo d~/ acp/~rador H rncargñ d,./ mono

ta;,. d,. la máquina Van d,. Graa!! tand~m rn lodo" sus as~ctos. Comprrndr/'l islos: transporo

Ir, instalación)' a/inrQmi('nlo d,. acl' kradur )! ¡upnlt' d, ;on(,5, alambrado r/¡etrico, circuitos

d" traslado y st'cado dr gQHS aislant'5 a f'r'5ión. (Jiu comprimido, t'V(Jcuación dr gQ:S O airr

a /a almós/na. circuito ct'rrado d,. agua con lrlu dr t'rl/riamirnto (SOPJ. sislrmas dr flacio.

prOlación dr /0$ sislrmfZs y máquina productora dr aiu liquido. El acr/rrador fui aaptado

1'115 dI' marzo dI' 1968 con un haz dI' protcml'$ dI' 11,\lI'V)' 1.5¡.1A. PO$tniorml'ntl' H I'/l'ctuó

la calibración dl'l aall'rador )' $i$tl'ma dl'llutor, u$ando 1'1 umbral dI' la rl'acción 27 Al(p. n) 275;

•• Oe los Talleres Generales del Centro Nuclear. CNEN.

Investigador d•• medio tiempo. Instituto de Fisieo. UNAM.

s .27

AHSTR ..\Cf

l'ndn 1/\'1:(; ~xpnt ~up~rf'i~irm. th~ aeetlnatrA group Ulld~rtook mounling thr ttJlldtm

VtJn dr (~raajj. /)ijjrrrnt as~cts 01 t/lis mOlmlj,¡g includrd Iran~p(Jrlatim¡. i7l.~taflalim¡ a"d

alignm~71t 01 accrlnator and ion SOIlTTr. rriring. ga~ handling a"d dr)'ing s)'~trm. eomprrBtd

airo gas t,l'au~t. clojrd!¡'at~r s)strm !l'ith eooling tOfl'rr (SOP). ,'acuum .~)st~ms and pro-

trction. alld Iiqlúd.air maenillr. Th, arcrlrral(Jr uJa~ aer~ptrd ,\tareh 15. 19(}8. /lIith a pratan

bram o/I.5j.1A al 12\jrV. rol1Ofl'ÍlIR j,atallalion. thr machinr u'.:u calibratrd 1l'Í11oih bram2í 2i

drllretillg~}Slrm, using thr AI(p,ll) Si tbrr~hold.

'NTROOUCCION

El aceleradl"ll' Van de Graaff tandem (dos pasos de aceleración), es un equipo muy espe'

cializado pera el estudio de reacciones nucleares.

Aunque la idea central (iones negativos - despojo - iones positivos) paro este tipo de

ace lerad or fué propues ta origi no lmente por Oemps ter t y A lvarez 2 y en e I desarrollo tecnológ ic o

han intervenido muchos laboratorios, noes sino hasta 1958 que la H g~ Voltage Engineering

Corporotion (HVEC) logro construir estos instrumentos pora llevarlos e la próctico. Gran par-

te de este desarrollo (Fig. 11-1), así como lo posible utilización de varios aceleradores en se.

rie, se debió al Dr. Robert J. Van de GraaffJ•

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I-~••o¿~ ,.,,'"'"."."• TAllen FIG. 11 ,1. Two"Stage Tandem Acceterator.

s .28

La móquina adquirida para México de la Compañía HVEC fué la número 23 del tipa ton-

dem EN. Mediante un financiamiento del Gobierno de Méxicoo través de Nocional Financiera

y Eximoonk. se ordenó lo construcción del acelerador y algún equipo adicional o HVEC en

agosto 12 de 1963. Correspondió 01 persono I de lo CNEN, bo¡o la supervisión de expertas de

HVEC, lo instalación del acelerador y su equipo periférico.

EI15 de marzo de 1968 alcanzó el acelerador las potenciales y corrientes del haz de

proyecti les es pec ificados por lo caso vendedora.

l. TRANSPORTE

El grueso del equipoque básicamente comprendió 01 acelerador mismo, costó 916,000

dólares. Los Lic. So h,ador Cordono y Armando Audiroc de lo CNEN, colaboraron con este gru.

po en todo lo referente o las permisos de importación, trómites aduano les, seg~os, transporte,

etc., del equipo mencionado.

Debido 01 peso y tamaño, especialmente del tanque del acelerador. el transporte más

conveniente resultó ser el de ferrocarril. Otro condición se impuso en los piezas especiales

coma columnas y tubos aceleradores, los que no admitían ni'cambios bruscos de temperot •..•.a.

ni golpes. Hubo necesidad de que este equipo viniera en un corro amortiguado con control de

temperatura. El primeremoorque (mayo de 1965) comptendió cuotro corros de ferrocarril, uno

de ellos uno plataforma que traía el tanque, otra la base y cojo de lo fuente de iones (Fig.II-2).

Se buscó cerco del Centro Nuclear el lugar mós apropiodo poro los maniobras de descarga del

equipo, resultando éste la Cima, Edo. de México. Hubo, sin embargo, necesidad de preparar

el acceso poro los camiones y trailers que harían los maniobras. Estos na podían posar por un

puente menor o lo solido de lo Estación de Solazar.

Personal de lo compañía CYCSA, o cargo de lo obra civil del Centro, ayudaron muy efi.

cazmente a efectuar todos los maniobras de cargo y descargo, los que debían hacerse con sumo

cuidado y gran rapidez. Se empleó un día poro el traslado del tanque del acelerador; el resto

del equipo inicial (44.5 ton). la mayor porte en cojas, fué trasladado en otro día de lo Cima 01Centro. También con lo ayudo del personal de CYCSA fué posible colocar con precisión de

1 mm lo posición del tanque del acelerador (22 ton) en el labcrotario.

El segundo embarque (equipo adicional de HYEC, por 99.394.25 dólares), comprendió

dos tubos aceleradores, fuente de iones, compresora. tanques de almacenamiento y equipo me-

nor. F ué tras ladado de lo misma estac ión o I Centro en septiembre de 1967, también con lo ayu-

do de I pers ano I de eYCSA.

S .29

2. INSTALACION

El grupo del acelerador, integrado a fines de 1965. empezó a trabojar en Solazor el3 de

enero de 1966. No contando con aguo y electricidad, fué necesario, inicialmenfe, poner a fun-

cionar uno planto eléctrico que postericrmente sería lo de emergencia. También se instalaron

algunos máquinas del toller mecónico (Fig.II-3), p::lro poder iniciar lo instalación del ocele-rador propiamente dicho.

Bojo lo supervisión de dos expertos de HVEC, donde se distinguió pO" su cOp::lcidod y

cualidades humanos Tomos Fraser, el ensamble mecánico y alineamiento de la parte cenfraldel

acelerador se había logrado en el término de dos meses. La columno, con sus tubos acelerado.

res correspondienfes, hobía quedado bojo compresión yo el día 2 de marzo de 1966, (Fig.IJ-4).

Se ~esentó inesperadamente la rotura del tubo acelerador Nº 3, durante la noche del15 de mor.

zo de 1966, la que interrumpió gran parte de la acción inicial en el montaje del tandem. La re.

Posición de los tubos aceleradores probados en la fábrica se recibió en el segundo embarque

(1967), junto con el equipo adicional adquirido de HVEC.

Mientras tanto, el grupo se encargó de la construcción e instalación de varias partes ne.

cesados para la operación de lo máquina, como Son:

a) Montaje y alineamiento de los imanes deflector, selector y su electrónica asociado,

construidO!. paro lo CNEN en lo UNA,v.

b) Alambrado de la electrónica del acelerador (duetos de corriente alterno y cariente

directa) desde los tableros de distribución y confrol central hasta los de operación

del acelerador y equipo asociado (Fig. 11-5).

c) Circuitos para el desplazamiento y secado del gas aislante del acelerador (N y CO ),, 2

sugeridos por HVEC; líneas de gas para presiones alto e infermedia (Fig. (1-6), mo.

dificodas poro los necesidades del acelerador de Solazar.

d) Circuito hidráulico cerrado de refrigeración del acelerador y afros instrumentos. Vi.

giloncia de la instalación de la torre de enfriamiento contratada por SOPo

e) Línea de aire a presión poro lo operación de varios dispositivos.

f) Sistema de evacuación del oire o gas de lo máquina a lo atmósfera.

9) Montaje y pruebas prolongados de vacío con bombo mecónica de los ¡:xJrtes vitales

del acelerador y deflectores; detección de fugas con equipo f)'estodo por la UNAM.

h) Diseño e instalación de elementos protectore~ de los equipos para casos de emergen.e io por fa Ita de aguo e linterrupc iones e léctdcas.

i) Montaje de la máquina productaa de aire líquido poro los sistemas de vacío (7 lihora).

s . 30

~au•~

=dlL

¡:IG.II-3. Taller mecánico de mantenimiento y construcción menor.

s .33

Muchos de estas instalaciones no pudieron probarse por 10 falto de corriente eléctrico y

agua hasta principios de 1968.

En noviembre y porte de diciembre de 1967, se contó con lo supervisión de expertos de

HYEC, poro lo terminación de lo instalación del equipo adicional. No fué sino hasta febrero

de 1968 cuando se logró tener por algún tiempo electricidad ininterrumpido yagua en el edificio.

3. PRUEBAS DE ACEPTACION DEL ACELERADOR

Se pidió entonces (Feb. 1968), lo presencio de expertos de HVEC. p::lro poner en opera-

ción el acelerador. Después de corregir un gran número de detalles, se hicieron los primeros

pruebas del ocelerador, alcanzándose los siguientes característicos el15 de marzo de 1968:

Voltaje en Corriente Energía delo termino I del hoz protones

MV I,A MeV

1.0 1.0 23.0 7.5 64.0 4.0 85.1 1.8 105.5 1.5 1I6.0 1.5 12

A pesar de tener un vacío pobre (4x 10.~ mm Hg) debido o uno fugo en un fuelle metál¡.

co, en lo zona extrema de alto energía (Fig.II-7), se llevó el hoz hasta el imán deflector,

comprobando con regular precisión ("- 50 keY) lo energía del hoz de protones del acelerador.

Lo transmisión en el acelerador mismo fue aproximadamente de 50%. semejante o Jo del

deflector. aún en las molos condiciones de vacío.

4. TRABAJOS ADICIONALES POSTERIORES A LA ACEPTACION DEL ACELERADOR

Ha habido necesidad después de esto etapa de pruebas iniciales. de ciertos correccio.

nes. no tonto en el equipo de HVEC, como en el construido por SOP, lo CFE y lo propio CNEN.

Particularmente el contratista de SOP, en lo que se refiere a los subestociones eléctricas, tomó

S • 3S

mucho mós tiempo del que solicitó para efectuar dichas C(ll"recciones.

a) Operando el acelerador se observó un humedecimiento sistemótico del gas aislante.

Hubo neces ¡dad de recircular lo y secarlo en varias ocas iones, hasta a Icanzor un

g-ado satisfactorio de humedad.

b) Llevó mucho tiempo y paciencia localizar un sinnúmero de fugas de gas del tanque

del acelerador, logrando su sello definitivo hasta el mes de octubre de 1968.

cl En el circuito cerrado de agua (CNEN) hubo necesidad de cambiar un tanque de fie-

rro que contaminaba al sistema, por uno de acero inoxidable.

d) Se sustituyó una bombo de difusión de 100 I/seg por uno de 500 J;'seg o la entrada

del deflector magnético.

e) La eFE suspendió el servicio para efectuar cambios en lo alimentación eléctrica,

yo no en lo estación de Amomolulco, sino en la conexión hacia uno línea directo de

Toluca, con lo que se espero hayo menos interrupciones futuros. SOP aprovechó

estas interrupciones paro efectuar las ccrrecciones y adiciones que se requerían en

las subestaciones eléctricas del Centro, así Como la conexión de los interrUPtores

de transferencia paro poner en operación los plantos de emergencia. Lo puesto en

marcho del convertidor de frecuencia (1000 kVA), que lo CFE instaló paro sustituir

o los convertidores anteriores (300 kVA), que en varios ocasiones follaron, impuso

otro serie de interrupciones eléctricas.

f) Se intentaron los primeros experimentos de calibración, empleando una antiguo cóma-

ro de blancos fabricado Con vidrio, del Instituto de Físico. Infructuosos reparaciones

hechos en ésta por el Dr. A. Sandoval, del Instituto de Química, UNAM, obligaron al

grupo o construir uno totalmente metólico.

g) Se agregó un sistema de alimentación de distintos gases o lo fuente de iones (hasta

5 diferentes).

5. CAlIBRACION DEL EQUIPO

Uno vez corregidos todos los e lementos ópticos y los líneas de vacío, paro llevar e I hoz

de proyectiles hosto el primer blanco, y habiendo eliminado :}I fondo de neutrones debido o

reacciones (p, n) en el cobre de lo tubería, se bombardeó un blanco grueso de aluminio.

Variando lo energía de protones en incrementos de unos 6 keV, se determinó el umbral

de neutrones de lo reacción 27AI(p,n)27Si (Fig.II-8), para compararlo con lo determinación

de 5.7969 t 0.0038 MeV", valor con el que se corrigió lo medido del vóltmetro generador, ::-:dica-

s . 36

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Fig. 11-5. Acelerador Van de Groaff tondem. Zona de boja energía.Fuente de iones. Sistema de almacenamiento, recirculaeción y compresión de gas.

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Fig. 11-7. Acelerada Van de Graaff tandem. Zono de a Ita energía.

s . 41

dor del alto volta¡e de lo terminal del acelerador. Asimismo, esto determinación precisa del

umbra 1, permitió establecer en 10 1.43cm el rad io efectivo de las trayectorias de los plrtícu\os

en el imón deflector, va lor muy cercano o 1de proyecto, que fué de 10 1.5cm (Ver artículo 11I).El instituto de Físico de la UNAMp-estó el detector de neutrones del tipo Bonner, con

el que se efectuaron estos p-imeras medidos.

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:ALlBRACION DEL ACEL ERADOR

FlG. 11-8

•••.•0.

6. ACELERACION DE PROYECTILES

AdemÓs de lo aceleración de protones a través del equipo, se logró con éxito acelerar

y deflector haces de deuterones. También se llegaron o medir haces de partículas de oxígeno

con corrientes de 0.2 p.A en la zona de alta energío del acelerador. Estos prácticos permiten

en lo octualidad (octubre de 1968) operar con soltura el acelerador por el personal técnico y

profesional responsable del equipo.

AGRADECIMIENTOS

El Sr. Werner Scheer de HVEC se distinguió por su empuje y decisión durante lo etapa

final del arranque del acelerador. Se ogradece lo ayudo de los residentes de SOP y del perso.

nal de CYCSA en varios etapas de este proyecto, en particular 01 Ing. Carlos Fonseco. A los

Sres. Carlos Rosos Argüelles y José Rangel, en lo referente o instalaciones eléctricos e hi-

dróulicos, respectivamente; yo los Sres. ~rco Antonio Olivo, Pedro Pérez y Abe! Solazar, Su

cooperación durante lo construcciÓn de varios elementos requeridos por el grupo y el transporte

S .43

de los equipos 01 Centro Nucleor. En el toller mecánico se distinguió Fernondo Moctezumo.

Talleres Generales ha cooperodo en varios aspectos de este proyecto, especialmenteen lo referente al diseño de equipo, suministro eléctrico y de aguo.

REFERENCIAS

l. -The production of high-velocity protons by repeated accelerations", A.J. Dempster,Phys.Rev. 42,901 (1932).

2. • Energy Doubl ing in dc Acce lerators JI, L. W. AIvarez, Rev. Sci. Instr. 22, 705 (1951).

3•• Tandem Electrostatic Acceleratas", R.J. Von de Graaff, Nucl. Instr. and Meth. 8,195 (1960).

4. •Acce lerator ca I¡bration energies'" J. B. Marion, Rev. Mod. Phys. 38, 660 (1966).

S - 44