Simulación térmica de un horno con flujo neutrónico a fin de analizar la magnitud de los gradientes térmicos de la muestra

Abstract

El instituto Laue-Langevin (ILL, Grenoble), con una de las fuentes de neutrones más intensas del mundo, es un centro internacional de investigación para la ciencia y tecnología con neutrones. En el ILL, se utilizan diferentes técnicas para estudiar la estructura y dinámica de materiales. Una de las técnicas es la difracción de neutrones, para la que se requiere de instrumentos llamados difractómetros. Un experimento realizado en el difractómetro D4, ha mostrado que la temperatura que se medía en la muestra era distinta de la temperatura deducida a partir de los datos obtenidos y los diagramas de fases. Esto puede deberse a la existencia de un gradiente térmico en la muestra. Y si una pequeña variación de temperaturas a lo largo de una muestra implica una diferencia en su estructura interna, la muestra se estudia bajo condiciones no deseadas. Este proyecto verifica si existe un gradiente térmico en las muestras utilizadas en el instrumento D4. Después de llevar a cabo una descripción de las partes principales del instrumento D4, se han realizado un análisis térmico, pruebas experimentales y seguidamente se han valorado y discutido sugerencias para la minimización del gradiente. Por medio de experimentos de evaluación de temperaturas y una simulación térmica del instrumento D4, se han observado dos factores críticos que contribuyen a la creación de un gradiente térmico en la muestra: 1) Pérdidas de calor a través de la base de la muestra, y 2) El perfil de temperaturas que se da en el cilindro calefactor de vanadio, consecuencia las pérdidas de calor del mismo. Para abordar el problema se han sugerido dos vías de acción principales: 1) Utilizar un número diferente de shields superiores, dependiendo de la temperatura de funcionamiento. 2) Utilizar un nuevo soporte que se ha diseñado, donde parte del tubo de alúmina ha sido substituido por una pieza de Macor®. Resultados experimentales y simulados muestran que el uso de un único shield superior con el soporte original reduce, pero solo ligeramente, el gradiente térmico en la muestra. El suporte con una pieza de Macor® se ha identificado como la mejor opción para reducir las diferencias de temperaturas en la muestra, consiguiendo reducciones de hasta el 60%.