Codice
Esperimento Gruppo BILE 5 Rapp. Naz.: Vincenzo Palmieri Rappresentante nazionale: Vincenzo Palmieri Struttura di appartenenza: LNL Posizione nell'I.N.F.N.:
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005
PROGRAMMA DI RICERCA A) INFORMAZIONI GENERALI Problema della pulizia della torre dell'esperimento di gruppo II CUORE; studio dei Linea di ricerca
Laboratorio ove si raccolgono i dati
processi chimici ed elettrochimici per le cavità acceleratrici superconduttive e trasfer tecnologico all'industria LNL, MI, LNGS
Sigla dello esperimento assegnata dal laboratorio Acceleratore usato Fascio (sigla e caratteristiche) Trattamenti di superficie di componenti meccanici e studio dei trattamenti di plasma
Processo fisico studiato
cleaning a ion beam cleaning
Apparato strumentale utilizzato
camere da sputtering, impianto chimico, depurazione
Sezioni partecipanti all'esperimento
Sistema per deposizione di film sottili, impiantistica da ultra alto vuoto, ion guns,
LNL
Istituzioni esterne all'Ente partecipante 2 anni Durata esperimento
B) SCALA DEI TEMPI : piano di svolgimento
PERIODO Giugno 2005 Dicembre 2005 Giugno 2006 Dicembre 2006
Mod EN. 1
ATTIVITA' PREVISTA Completamento infrastruttura di plasma e ion beam cleaning Caratterizzazione completa con gas di trasporto argon; trasferimento industriale del know−how acquisito Caratterizzazione di plasmi con gas di tasporto reattivi e ion beam cleaning con ioni rame e ossigeno Conclusione esperimento con definizione delle migliori procedure operative per la pulizia di rame e ossido di tellurio; trasferimento industriale del know−how acquisito
(a cura del responsabile nazionale)
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Struttura LNL
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Esperimento BILE Resp. loc.: Vincenzo Palmieri
Gruppo 5
PREVENTIVO LOCALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 In KEuro IMPORTI
VOCI DI SPESA
DESCRIZIONE DELLA SPESA
Parziali
Totale Compet.
SJ Contatti con ditte esterne e con il gruppo di Milano (prof. E. Fiorini) per il trattamento al plasma ed ion cleaning
4,0
Una conferenza Contatti con il CERN (gruppo prof. C. Benvenuti) Contatti con Jefferson Lab. (gruppo dr. L. Phillips)
2,0 2,0 2,0
Materiali chimici e modifiche Contributo smaltimento Caratterizzazione ICPMS Materiali buratto non radioattivi
10,0 1,0 20,0 6,0
Consorzio
Ore CPU
Spazio Disco
Cassette
di cui SJ
4,0
6,0
37,0
Altro
Alimentatore ion gun
16,0
16,0 Lavorazioni meccaniche Coils plasma cleaning Centralina regolazione pressione
30,0 3,0 6,0
39,0
Totale
102,0
di cui SJ 0,0
Sono previsti interventi e/o impiantistica che ricadono sotto la disciplina della legge Merloni ? Breve descrizione dell'intervento:
Mod EC./EN. 2
(a cura del responsabile locale)
A cura della Comm.ne Scientifica Nazionale
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Struttura LNL
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Esperimento BILE Resp. loc.: Vincenzo Palmieri
Gruppo 5
ALLEGATO MODELLO EC2
Mod EC./EN. 2a Pagina 1
(a cura del responsabile locale)
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Esperimento BILE Resp. loc.: Vincenzo Palmieri
Gruppo 5
ALLEGATO MODELLO EC2
Mod EC./EN. 2a Pagina 2
(a cura del responsabile locale)
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Esperimento Gruppo BILE 5 Rapp. Naz.: Vincenzo Palmieri
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005
PREVENTIVO GLOBALE DI SPESA PER L'ANNO 2005 In KEuro A CARICO DELL' I.N.F.N. Struttura
Missioni interne
Missioni estere SJ
LNL
TOTALI
Materiale di consumo SJ
SJ
Trasporti e facchinaggi SJ
Spese di calcolo
Affitti e Materiale Costruzione TOTALE manutenz. inventariabile apparati Compet. SJ
SJ
SJ
SJ
SJ
4,0
6,0
37,0
16,0
39,0
102,0
4,0
6,0
37,0
16,0
39,0
102,0
NB. La colonna A carico di altri enti deve essere compilata obbligatoriamente
Mod EC./EN. 4
A carico di altri Enti
(a cura del responsabile nazionale)
0,0
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005
Nuovo esperimento Gruppo BILE 5
PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTO
Mod EN. 5 Pagina 1 di 2
(a cura del rappresentante nazionale)
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005
Nuovo esperimento Gruppo BILE 5
PROPOSTA DI NUOVO ESPERIMENTO
Mod EN. 5 Pagina 2 di 2
(a cura del rappresentante nazionale)
Oggetto: Richiesta collaborazione Da: "Marco Cesarotto" Data: Mon, 12 Jul 2004 09:23:08 +0200 A: "Palmieri Enzo" Caro Professor Palmieri, da una ricerca fatta nel campo dell' elettropulitura del Titanio per applicazioni di implantologia dentale, abbiamo trovato il suo articolo sulla ricerca automatica via software del punto di lavoro in bagni di elettropulitura. La nostra Azienda e' leader nel settore avendo gia' conquistato il 35% dell'indotto nazionale per numero di pezzi venduti e Le comunico a riguardo che la restante fetta di mercato e' in mano a multinazionali straniere. In questo contesto credo che un'eventuale sinergia fra le vostre competenze ed il nostro reparto produttivo possa essere di reciproco vantaggio. Le chiediamo pertanto se il Vostro Istituto può eseguire delle lavorazioni di prova su alcuni dei nostri particolari per verificare la fattibilità dell'applicazione dei Vs studi ai ns prodotti, in previsione di eventuale acquisto da parte nostra di un impianto per elettrolucidatura del titanio e dell' acciaio inossidabile. Vi ricontatteremo i primi gg della prossima settimana per concordare l'incontro in occasione del quale Vi daremo i campioni e le specifiche tecniche da noi richieste per permetterVi di formulare un'offerta. Ringraziandola fin d'ora della disponibilita', invio cordiali saluti SWEDEN & MARTINA S.p.A. Dott. Marco Cesarotto
Div. Sistemi Implantologici Tel. +39-049-9124300 Fax +39-049-9124290 Web www.sweden-martina.it
ESPERIMENTO BILE L’Esperimento BILE relativo ai Trattamenti di Superficie è connesso all’ Esp. di Gruppo II CUORE e contemporaneamente rappresenta l’esperimento di Gruppo V su cui si appoggia il Master INFN-UniPD sui “Trattamenti di Superficie Applicati a tecnologie Meccaniche innovative per l’Industria”. L’Esp. BILE ha un duplice target: •
Sviluppare l’R&D necessario per i trattamenti di Ultracleaning della componentistica in Rame ed Ossido di Tellurio per il rivelatore CUORE, sfruttando il know-how acquisito per le cavità superconduttrici.
•
Sviluppare la collaborazione Industriale, trasferendo il trovato all’ Industria.
La foto che più esprime il livello spinto di finitura raggiunto nei trattamenti di superficie sviluppati per le cavità superconduttrici, è forse quella che rappresenta il passaggio di elettropulitura di una cavità superconduttrice per ALPI, che da grezza passa ad una finitura interna speculare dopo l’immersione in acidi adeguati.
Fig. 1 – Esempio di pulizia elettrochimica di superfici per l’applicazione in acceleratore di particelle
Queste tecnologie di pulizia in nostro possesso hanno dimostrato ulteriore validità per altre applicazioni INFN, quali gli studi sulla fisica del Neutrino, condotti dal prof. Fiorini, che prevedono l’istallazione sotto di un complesso rivelatore di particelle ultrapulito sotto la più gigantesca schermatura immaginabile, ovvero sotto una montagna, nella fattispecie il Gransasso. Reiterate interazioni del Gruppo di Milano sia con l’Industria straniera che con quella nazionale, però non diedero i risultati di pulizia sperati. Utilizzando bagni commerciali, la contaminazione sulla superficie ai livelli del ppb (parti per miliardo) anziché diminuire addirittura aumentava. Fu quindi proprio l’industria nazionale a proporre i trattamenti di superficie sviluppati presso i LNL
dell’INFN come unica alternativa possibile. In figura 2 è visibile il più piccolo dei rivelatori trattati circa 2 anni fa, dopo la pulizia superficiale normalmente eseguita per le cavità.
Fig. 2 – Rivelatore prima e dopo il trattamento chimico Allo stesso modo sono stati trattati circa 2000 componenti per l’Esperimento CUORICINO, contribuendo all’abbassamento a meno di un terzo del fondo di radiazione. La pulizia superficiale eseguita sulle parti di CUORICINO furono però nient’altro che una pedissequa applicazione di quanto normalmente funziona per le cavità e non qualcosa di particolarmente ottimizzato per ridurre tracce di Uranio e Torio a frazioni di ppb. Il problema CUORE è molto più complesso, non soltanto per i quasi 5000 pezzi da trattare, ma anche perché è necessario abbassare il fondo di radiazione di due ordini di grandezza e non solo di un terzo. Il goal proposto è particolarmente complesso ed al limite della tecnologia, soprattutto perché ultratracce di Uranio e Torio sono difficilmente rilevabili nelle quantità di nostro interesse. La soluzione proposta quindi nel precedente esperimento BENHUR2 è stata la sperimentazione di tecniche di dry etching, quali ion beam cleaning e/o plasma cleaning applicabili in sequenza ai trattamenti elettrochimici di wet etching. Nell’ambito di tale sperimentazione abbiamo quindi disegnato e costruito una macchina in UHV per lo studio sia dell’ion beam cleaning che del plasma cleaning visibili nella foto sottostante. È stato anche processato un campione e tramite ICPMS è stata misurata la concentrazione di Torio presente in superficie dopo il Plasma cleaning, comparandolo con la concentrazione di Torio presente dopo semplici trattamenti chimici. In particolare in figura sono rappresentati tre campioni il TC sottoposto a Burattatura ed Attacco Chimico, il TEC, sottoposto a Burattatura, Elettropulitura ed Attacco chimico, ed infine il TECM sottoposto a Burattatura, Elettropulitura, Attacco chimico e Magnetron Plasma Cleaning. Il risultato è che a vari profili di erosione, il Campione soggetto a plasma cleaning mostra un minore livello di contaminazione. Chiaramente i parametri a cui abbiamo fatto il plasma sono stati scelti in maniera del tutto casuale. Nell’esperimento BILE quello che si vuol fare è proprio studiare al meglio, secondo la scaletta di milestones riportata nei moduli, una sistematica completa di pulizia al Plasma ed ion beam del Rame e al solo ion beam dell’Ossido di Tellurio. Relativamente al Plasma cleaning,
si vogliono studiare vari tipi di sconfinamento magnetico, mentre con l’ion beam, oltre al variare i vari parametri di scarica, pressione, energia, tensioni di polarizzazione etc, si intende variare anche la specie atomica accelerata, per esempio sul Rame è interessante vedere non soltanto l’effetto del Kripton, Argon ed altri gas nobili, ma anche l’effetto di ioni Rame direttamente sul Rame. Nel caso dell’Ossido di Tellurio invece si vuol guardare, oltre che con Argon, l’effetto dell’etching di ioni Argon ed Elio.
Fig. 1a ed 1b: Disegno al Cad 3D della macchina per plasma cleaning e per ion beam cleaning
Fig 2a e 2b, Plasma etching del campione TECM e misura all’ICMS dei campioni TC, TEC, TECM Relativamente alla seconda parte dell’ esperimento, è evidente che le tematiche più avanzate nel trattamento delle superfici sono di diretta applicabilità industriale. In tale direzione l’esperimento precedente BENHUR2, si proponeva anche l’iniezione della tecnologia high-tech sviluppata per gli acceleratori di particelle a quei settori dell’industria nazionale low-tech che sono più sensibili all’innovazione di tecnologie. Senza dilungarsi ulteriormente, vale la pena riportare nelle prossime figure quella che forse è più d’effetto fra le lavorazioni interessanti per l’industria dei perni in titanio per implantologia dentale. La tecnica di pulizia elettrochimica in nostro possesso, bensì ad un perno moncone in titanio, visto nella foto di sinistra dopo la fase di formatura meccanica e nella foto a destra dopo meno di 2 secondi di trattamento. Non solo la finitura mostrata
è inottenibile con i normali metodi di sbavatura meccanica, ma inoltre per via elettrochimica è possibile trattare simultaneamente centinaia di pezzi.
Fig. 3 – Perno per implantologia dentale in Titanio prima (foto di sinistra) e dopo 2 secondi di trattamento elettrochimico (foto di destra) Grazie a questo risultato pubblicizzato presso la Federazione Regionale Industriali Veneti, e e nell’ ambito della collaborazione istituita con le varie ditte sponsor del Master sui “Trattamenti di Superficie Applicati a Tecnologie Meccaniche Innovative per l’Industria”, di cui l’INFN si è quindi proposto come ente organizzatore presso l’Università degli studi di Padova, sono state accolte richieste di esecuzione di prove sia dal distretto dell’ Occhialeria e da quello dell’Oreficieria Vicentina, notoriamente in grave crisi di mercato negli ultimi anni a causa della sempre più aggressiva concorrenza turca, indiana e cinese. Sono state eseguite delle prove di fattibilità ed i risultati sono assolutamente “brillanti”. In figura 4 infatti è visibile un astina per occhiali in alpacca prima e dopo il trattamento elettrolitico
Fig. 4 – Stanghetta per occhiali prima e dopo il trattamento elettrolitico. La differenza con l’attuale trattamento per spazzolatura è una finitura di grado superiore, anche in punti in cui la spazzolatura non è in grado di arrivare, ma soprattutto la velocizzazione del processo di pulizia, in quanto mentre la spazzolatura tratta i pezzi in modo sequenziale, nell’ elettropulitura è possibile trattare anche un migliaio di pezzi contemporaneamente. Analogamente nel campo dell’oreficieria, abbiamo eseguito prove su gioielli 18 carati. In fig. 5 si vede una catena in oro grezza prima e dopo il nostro trattamento.
Fig. 5 - Catename in oro 18 K prima e dopo il trattamento di elettropulitura proposto dai LNL
La cosa importante è che il trattamento di elettropulitura che i LNL dell’ INFN proporrebbero consiste in un bagno che non contiene cianuro, sostanza comunemente utilizzato nell’ industria orafa. La semplicità e l’innovazione del trattamento da noi proposto, unitamente al ridotto impatto ambientale eventualmente conseguente dall’eliminazione dei Cianuri, ha suscitato grossa attenzione da parte dell’industria orafa del distretto vicentino. Le ditte interessate infatti si stanno consorziando al fine di organizzare un eventuale trasferimento delle tecnologie INFN. A tal scopo, stiamo valutando la possibilità di sottoporre all’ INFN l’eventualità di brevettare il trovato. Nell’Esperimento BILE, si intende spingere verso l’industrializzazione delle tecniche di trattamento superficiale sviluppate finora e verso l’applicazione agli stessi manufatti delle tecniche di dry etching sugli stessi manufatti sia per il mercato orafo che per quello dell’occhialeria.
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Esperimento Gruppo BILE 5 Rapp. Naz.: Vincenzo Palmieri
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005
PREVISIONE DI SPESA Piano finanziario globale di spesa In KEuro ANNI Missioni Missioni FINANZIARI interne estere 2005 2006
TOTALI
Mod EC./EN. 6
4,0 4,0
6,0 6,0
8,0
12,0
Spese Materiale Affitti e Materiale Costruzione Trasporti e di di manutenz. inventariabile apparati facchinaggi calcolo consumo 37,0 16,0 39,0 45,0 7,0 25,0
82,0
0,0
0,0
0,0
23,0
64,0
TOTALE Compet. 102,0 87,0
189,0
(a cura del responsabile nazionale)
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005 Struttura LNL
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Esperimento BILE Resp. loc.: Vincenzo Palmieri
Gruppo 5
COMPOSIZIONE DEL GRUPPO DI RICERCA
N
RICERCATORE Cognome e Nome
Qualifica Dipendenti Incarichi
Qualifica
Affer. al . gruppo
%
5
40
N
Ruolo Art. 23 RicercaAssoc
1 PALMIERI Vincenzo I Ric
1 2 3 4 5
TECNOLOGI Cognome e Nome BATTISTELLA Andrea FAVARON Paolo RAMPAZZO Vanessa RONCOLATO Carlo TOFFANIN Stefano
Incarichi Ass. Art. 23 Tecnol.
Dipendenti
Ruolo
60 60 100 Art.2222 I.N.F.M. 40 Bors. 100
Tecn. D.T.
Numero totale dei Tecnologi Tecnologi Full Time Equivalent N
TECNICI Cognome e Nome
1 LOLLO Michele 2 VAROTTO Marco
Numero totale dei ricercatori Ricercatori Full Time Equivalent
1 Serv. Tecn. Mec. Mat.
Ruolo
5 3.6 Qualifica Incarichi
Art. 15
Collab. tecnica
CTer. Art.2222
1 Numero totale dei Tecnici 0.4 Tecnici Full Time Equivalent
SERVIZI TECNICI Denominazione
Dipendenti
mesi−uomo
4.0
%
Assoc. tecnica
20 80
2 1
Annotazioni: − TOFFANIN Stefano: vincitore di borsa di studio per laureandi − All'esperimento BILE verranno associati, nell'ambito convenzione INFN/UNIPD, da un minimo di 5 ad un massimo di 8 studenti del Master in "Trattamenti di superficie applicati a tecnologie meccaniche innovative per l'industria"
Osservazioni del direttore della struttura in merito alla disponibilità di personale e attrezzature
Il supporto richiesto è compatibile con le risorse della struttura
Mod EC./EN. 7
%
(a cura del responsabile locale)
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Esperimento Gruppo BILE 5 Rapp. Naz.: Vincenzo Palmieri
ISTITUTO NAZIONALE DI FISICA NUCLEARE Preventivo per l'anno 2005
MILESTONES PROPOSTE PER IL 2005 Data completamento
Descrizione
Giugno 2005
Completamento infrastruttura di plasma e ion beam cleaning
Dicembre 2005
Caratterizzazione completa con gas di trasporto argon; trasferimento industriale del know−how acquisito
Giugno 2006
Caratterizzazione di plasmi con gas di tasporto reattivi e ion beam cleaning con ioni rame e ossigeno
Dicembre 2006
Conclusione esperimento con definizione delle migliori procedure operative per la pulizia di rame e ossido di tellurio; trasferimento industriale del know−how acquisito
Mod EC./EN. 8
(a cura del responsabile nazionale)
