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Capitolo 1 - Legnaro National Laboratories

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1. My System Measurement amp Automation Explorer Le funzioni di MAX si dividono in quattro Ei Edt view Tools Help ite 1 Data Neighborhood My System w Data Neighborhood gA Devices and Interfaces E3 Historical Data 4a Scales H Software fg INI Drivers E Remote Systems 2 Devices and Interfaces 3 Scales 4 Software Figura 3 24 funzioni MAX 3 2 3 1 Data Neighborhood Data Neighborhood contiene 1 canali virtuali Ha la funzionalit di mostrare 1 canali virtuali configurati correntemente e di fornire utilities per il test e la riconfigurazione di quei canali virtuali Data Neighborhood fornisce anche accesso al DAQ Channel Wizard che consente di creare nuovi canali virtuali 3 2 3 2 Devices and Interfaces Devices and Interfaces visualizza hardware della National Instruments correntemente installato e rilevato Include anche delle utility per la configurazione e il test dei dispositivi Una di queste utility il Test Panel Test Panel Il Test Panel un utility per il test degli ingressi analogici delle uscite analogiche degli I O digitali e delle funzioni del contatore del dispositivo Il Test Panel utile per la ricerca dei problemi perch consente di testare la funzionalit del dispositivo direttamente da NI DAQ Se il dispositivo non funziona nel Test Panel non lavorer in LabVIEW In caso si verifichino dunque problemi inspiegabili con l acquisizione dati in un pro
2. Figura 3 23 Schema del Sistema di Controllo 3 2 LabVIEW 20 LabVIEW un ambiente di sviluppo per applicazioni principalmente orientate ad acquisizione analisi visualizzazione elaborazione memorizzazione di segnali e dati gestione di strumentazione elettronica simulazione ed emulazione di sistemi fisici Si presenta come un ambiente di programmazione di tipo grafico ad oggetti consentendo di realizzare programmi in forma di diagrammi a blocchi LabVIEW presenta tutti 1 tipi di dati e gli operatori predefiniti di uso comune permettendo di generare nuovi tipi di dati e controllare l esecuzione dei programmi ricorrendo a strutture di controllo di flusso Il programmatore ha a disposizione una serie di librerie che possono essere richiamate ed utilizzate all interno dei programmi Queste comprendono funzioni di uso comune aritmetiche statistiche logiche manipolazione di stringhe funzioni specializzate per l acquisizione e l elaborazione dei segnali il controllo di strumentazione numerica via interfaccia IEEE 488 o VXI la trasmissione di dati mediante l uso di porte seriali oppure mediante protocollo di comunicazione TCP IP 30 Capitolo 3 Il sistema di controllo LabVIEW I programmi realizzati in LabVIEW vengono chiamati strumenti virtuali VI Virtual Instrument poich nell aspetto e nel funzionamento sono simili a strumenti fisici ma l interazione avviene attraverso un programma in esecuzione
3. Raggiunto il tempo Impostazione di per lo Step RAMPDOWN Lettura dagli strumenti tensione e corrente SUCCESSIVO Lettura dei file di rampa con estrazione del gt Calcolo delle grandezze secondarie nell alimentatore p valore del tempo in cui effettuare ogni step Aggiornamento del pannello frontale Memorizzazione dei valori nel log file Raggiunto il numero massimo di step Procedura di spegnimento Chiusura della comunicazione degli strumenti scrittura nel log file Struttura di Prototype_CFP_conductivity vi 46 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni Nella tabella riportata inferiormente sono elencati tutti gli stati che caratterizzano la macchina a stati relativa al programma corrente Sono stati evidenziati gli stati che hanno necessitato di una modifica o che sono stati aggiunti STATO FUNZIONE 750 760 1000 1001 1002 1003 1004 1005 1100 1101 2000 Start Gestione Errore Abort sei sicuro Spegnimento chiusura della comunicazione con gli strumenti Spegnimento DOPO ERRORE Scrittura di End sul LogFlle ed uscita dal programma Scrittura di End sul LogFlle ed uscita dal programma DOPO ERRORE Attesa per l inizio della Carburizzazione inizializza i contatori di tempo e step controllo del tempo scrittura di tensione e corrente inserimento di un commento inserimento automatico del commento di step conferma di Rampdown inizializza contatori di tem
4. n i c q h IITb Tp 73 151 OBL g heat W m 2 Emissivity tE mi error in no errorif Fatk error thermocouple Figura 4 4 conductivity vi diagramma a blocchi 4 2 2 2 2pyros_conductivities vi Creato per permetter maggior ordine nel programma principale questo subVI calcola la conducibilit nel caso si disponga di due pirometri nel sistema Per tale calcolo necessita dell ingresso dei seguenti valori Temperatura della termocoppia in C Temperatura di pirometro A e pirometro B in C Emissivit rilevata dai pirometri A e B Coefficienti della retta Tbottom ATh B linear A e linear B Spessore del target in mm Yes cond variabile booleana indicante il consenso fornito nel programma principale al calcolo della conducibilit 2pyros_conductivities vi Emissivity E T pyro E Emissivity A T pyro T thermocouple conductivity ALW iimte faa i 7 conductivity_B iim inear i Heat Al wim 2 Thikness of target mm i iii Yes_cond Li i i error Figura 4 5 2pyros_conductivities vi icona e connessioni 44 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni Solo in caso la variabile yes cond sia impostata come vera vengono effettuate le operazioni di calcolo In tal caso per ogni pirometro richiamato un Conductivity vi da cui vengono prelevati 1 valori d uscita relativi a conducibilit e calore All uscita di entrambi 1 VI richiamati prelevato inoltre il campo
5. 3 2 1 Macchine a stati Il modello progettuale della macchina a stati uno schema di progetto per LabVIEW comune e molto utile Lo schema di progetto della macchina a stati si pu usare per implementare ogni algoritmo che pu essere esplicitamente descritto da un diagramma di stato o di flusso Una macchina a stati di solito implementa un algoritmo decisionale moderatamente complesso come una routine diagnostica o un controllo di progetto Una macchina a stati consiste in un insieme di stati ed in una funzione di transizione che conduce allo stato seguente Le macchine a stati finiti hanno molte varianti Le due macchine a stati finiti pi comuni sono la macchina di Mealy e la macchina di Moore Una macchina di Mealy effettua un azione per ogni transizione Una macchina di Moore effettua un azione specifica per ogni stato del diagramma di transizione di stato Il modello progettuale di macchina a stati in LabVIEW implementa ogni algoritmo descritto da una macchina di Moore Una macchina a stati si basa sui dati di ingresso dell utente o sui calcoli nello stato per determinare in quale stato andare successivamente Ogni stato pu condurre a uno o pi stati o terminare il flusso del processo Molte applicazioni richiedono uno stato di inizializzazione seguito da uno stato di default in cui possono essere effettuate molte azioni diverse Le azioni effettuate possono dipendere da ingressi e stati precedenti e correnti Uno stato di ch
6. cccccccsseccessececees 65 5 1 introduzione iaia nella 65 S2 Realizzazione del softwaf e aria 66 S Ciclodicontrollo vrccenssucscoceccsctevcesetedh E cence ceevauceeeuseeuncoaranauneccetauaceeieease tees 67 5 4 Uscita dal programma stop button e controllori correlati ccccccsssscscecsccsceees 67 5 5 Operaziontiniziali nssane lanzo 69 Sold StoretogBooKFEV gliela 69 Sd StoreMeasuresFEM snc ata 70 5 6 Operazionisulta feta asa e e o stawev E aA na e 70 5 6 1 1 TARGET put desired inputs epicS Vi ilaria 72 Sbk TARGE feCOve CDics Vi pcs vana 73 5 7 Operazionisuldeflettore ss isla ni 75 SALI DEFLECTOR W Vea a aa a a a a a aa ai 76 IAk DEFFECTOR 1eC0d VONAGE VI nicole ali 77 5 8 Operazioni sul tripletto sesesesessesesecsosesecececsseesesececscsesececeoseseseseceososessceceseeseseceoe 78 5 9 Operazioni sul Front End Protonico ssssesesessssesesesesoscesesssoeoscssosoecesesseseoesesosseseee 78 S 10 Conclusiont agli 78 Bibliografia liana 79 Il Abbreviazioni utilizzate nel testo CERN Conseil Europ en pour la Recherche Nucle aire ENEA Ente per le Nuove Tecnologie l Energia e l Ambiente INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare ISOL Isotope Separation On Line LNL Laboratori Nazionali di Legnaro ORNL Oak Ridge National Laboratory PET Positron Emission Tomography RIB Radioactive Ion Beams SPES Study and Production of Exotic Species il Introduzione Introduzion
7. 14 15 16 In particolare possibile produrre UC attraverso la reazione con una matrice di base di carbonio ad esempio polvere di grafite in base alla seguente equazione UO 4C nC gt UC 2CO g nC La formazione di Carburo di Uranio avviene sotto condizioni di alto vuoto a temperature che variano da 1100 a 1400 C Il gas rilasciato durante la riduzione carbotermica CO responsabile della formazione di pori stato dimostrato la porosit aperta struttura interconnessa migliora il rilascio di isotopi 17 Oltretutto se si vogliono ottenere materiali restando all interno delle condizioni di lavoro possibili la sintetizzazione di polvere composita avviene ad uno stato successivo necessario raggiungibile a temperature pi elevate di 1700 C 25 Capitolo 2 I forni di produzione nel progetto SPES 2 2 I Forni di Produzione 18 Nell ambito del progetto SPES sono utilizzati quattro forni ognuno con una funzione specifica Produzione target LNL e centi Produzione UCx Padova ANINE M TEAN A 0 0 I PANNI rai e jeenree i Mi e T 4 Test termomeccanici W LNL Test sul materiali LNL Tali forni sono progettati per trattamenti termici in alto vuoto il trattamento termico avviene all interno di un contenitore accessibile denominato evaporatore attraverso il riscaldamento per effetto joule di
8. B Monelli R Oboe G Prete D Scarpa Control system developments for the SPES project 2009 20 Corso LabVIEW per la preparazione all esame CLAD s l National Instrument Italy 2005 21 Blokland D Thompson and W A Shared Memory Interface Between LabView and EPICS ORNL Oak Ridge TN USA s n 2003 22 Network Attached Devices pp 151 153 W Blokland T Shea M Stettler Mainz Germany DIPAC2003 May 5 7 2003 23 M Zavagnin Modellazione solida e sviluppo dell apparato di misura di conducibilit termica per il progetto SPES Tesi di Laurea Triennale Universit degli Studi di Padova s n a a 2008 2009 80
9. cceeeeeeeeeeeeeeee 21 1 3 4 Applicazioni In astrofisica 1 pacrra dalla 22 eas Conclusioni a 23 Capitolo 2 forni di produzione nel progetto SPES cccccscccccccssccceccececcsccececceccececens 25 2 1 Sviluppo dei dischi del target 7 ccsccsccssssccsscsccsccsccsccscesccccescecceccescecceccsccsscscees 25 22 il Fornidi Produzione 1 8 yuli ia 26 2 2 1 COMPONENT eea a AA a A 27 Capitolo 3 Il sistema di controllo LADVIEW cccceccccecceccccscceccccecccceccececceccececcescececees 29 3 1 Il sistema di controllo SPES 19 seseseosossssosossssssssosossssssosososossssosososossssososososssseso 29 3 2 LabVIEW 20 reinan annia a NE a NS 30 3 2 1 Macchine sa stalicsorli eee 32 3 2 2 Property Node aa 33 3 2 3 Measurement amp Automation Explorer 33 323 1 Dat amp NelenoorMocd aaa 34 3 2 3 2 Devices ANG Interface clin 34 32 33 Sclerosi 34 3234 Soana line 34 3 3 Interfaccia LabVIEW EPICS 21 sesssessssesssssssssssososossssososossssososososossesososossssesosssos 35 3 3 1 Cinterfaccia Shared Memory isere ble 35 3 3 2 Integrazione della Shared Memory attraverso IOC EPICS 36 3 3 3 Integrare la Shared Memory con LabVIEW 37 3 3 4 CONCIUSIONE scatena na 37 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei fOrni cccccercccecceccccscccccccecccceccececceccececceccececees 39 di l Introduzione ima 39 4 2 Calcolodella conducibilit
10. che simula il funzionamento di un dispositivo fisico oscilloscopio multimetro L utente pu modificare il valore di alcune grandezze agendo su opportune manopole o interruttori visualizzati dal programma e pu osservare il risultato delle elaborazioni condotte su display grafici molto simili a quelli che si trovano sulla strumentazione numerica digitale Un VI composto di tre parti fondamentali 1 Pannello frontale Front Panel 2 Diagramma a blocchi funzionale Block diagram 3 Icona connettore Icon connector 1 Pannello Frontale la finestra che rappresenta l interfaccia utente del VI Viene costruito mediante controlli ed indicatori e controlli variabili d ingresso che possono essere modificate agendo sul pannello frontale mediante cursori potenziometrici pulsanti quadranti ed altri dispositivi d ingresso Simulano 1 dispositivi strumentali d ingresso e forniscono 1 dati allo schema a blocchi del VI e indicatori variabili d uscita il cui valore pu essere modificato da programma e non dall utente Questi sono 1 grafici 1 LED ed altri dispositivi Simulano 1 dispositivi strumentali di uscita e visualizzano 1 dati che lo schema a blocchi acquisisce o genera 2 Diagramma a blocchi Dopo aver costruito il pannello frontale viene qui organizzato il codice usando delle rappresentazioni grafiche delle funzioni di controllo degli oggetti del pannello frontale Il Block Diagram appunto costituito
11. r o e ID Query T Yes Disable Thermocouple ao OT III III III I gt NIIIIIIOOOO Figura 4 19 Disable Thermocouple vero e falso e se Disable Thermocouple assume valore VERO Input 1 1 non viene effettuato il controllo di comunicazione Il relativo indicatore sul Pannello Frontale indicher Not Passed come in caso di errore Questo per fare in modo di attirare l attenzione dell utente che pu aver maldestramente dimenticato di cambiare lo switch A tale scopo accanto all usuale indicatore apparir anche un indicatore a specificare lo stato disabilitato di tale dispositivo Disabled Tale indicatore normalmente impostato come non visibile attraverso il relativo Property Node all inizio della schermata di controllo In caso debba essere visibile viene impostato come tale attraverso un altro Property Node Il cluster di errore in questo caso passa inalterato non influenzando lo svolgimento degli altri test e Se Disable Thermocouple assume valore FALSO Inputl 0 Effettua le normali operazioni di controllo 2 Fase di acquisizione dati Negli stati in cui vengono acquisiti 1 dati dai vari strumenti 640 740 il valore della variabile Disable Thermocouple deve influenzare la lettura della termocoppia Come si pu vedere dalla Figura 4 20 attraverso una semplice case structure in caso Disable Thermocouple assuma valore logico falso effettuata la normale lettura della termocoppia In caso Disabl
12. SPES Rampdown Si entra nello stato di rampdown attraverso la selezione del relativo pulsante sul pannello frontale In questa fase previsto il ritorno a zero di tutte le variabili con pendenza inversa a quella dell heating Si devono quindi impostare nuovamente le variabili EPICS relative ai valori di rampa da raggiungere richiamando il TARGET put desired inputs epics vi case 203 e continuare a monitorare l andamento dei valori nel tempo con il TARGET receive epics vi case 204 AI termine di questa operazione quando cio tutte le correnti e le tensioni sono tornate a 0 e quindi la variabile can stop RD ricevuta in uscita dal TARGET receive epics vi assume valore vero si entra nello stato del target relativo alla chiusura senza errore 2000 A questo punto il ciclo target termina e nella relativa pagina visualizzato il messaggio indicante il successo nell operazione 5 7 Operazioni sul deflettore Le operazioni sul deflettore prevedono l impostazione ed i ha il DEFLETTORE il monitoraggio di tensione e corrente su quattro canali FUNZIONE per la regolazione mediante EPICS di otto alimentatori a i impostazione e lettura delle PV unipolari termine del ciclo SENZA errore termine del ciclo CON errore Ogni canale controllato da due tensioni aventi lo stesso modulo ma segno opposto e da due correnti ugualmente aventi lo stesso modulo ma segno opposto Ogni canale inoltre di
13. Sviluppo del sistema di controllo del Front End SPES affermativa alla finestra di conferma di termine del programma Se la variabile stop impostata come vera 1 cicli entrano nei relativi stati di chiusura normale con conseguente azzeramento di tutte le variabili in uso e chiusura delle connessioni 5 5 Operazioni iniziali Le operazioni iniziali prevedono l inizializzazione di OPERAZIONE INTERI TT STATO FUNZIONE alcune variabili l esecuzione di alcuni controlli di 100 danen sicurezza e la creazione dei file di log e di misure A tal 102 controllo dei segnali x sd i 103 sistema pronto proposito utile introdurre lo StoreLogBookFE vi dd ira controllo dei segnali 5 5 1 1 StoreLogBookFE vi VI destinato a creazione e scrittura del file di log E stato ripreso dal programma di gestione dei forni con le adeguate modifiche La creazione avviene semplicemente nel percorso indicato come input In questo caso D Logbook data_ora txt La scrittura avviene in base al mappatore di ogni stato di ogni macchina di Moore il cluster Status costituito dai campi Time State Machine Number Step e Message Se stato precedente e successivo si equivalgono non necessario scrivere alcuna nuova informazione sul file di log Se invece stato precedente e successivo non si equivalgono in calce al file di log viene scritto il nuovo stato in esecuzione All avvio del programma principale viene visualizzata
14. atomo emittente con un accuratezza di pochi decimi di 1 3 3 Applicazioni mediche 1 3 3 1 la Tomografia ad Emissione Positronica 6 Prima di procedere s1 forniscono alcune fondamentali definizioni L antimateria la materia composta da antiparticelle si tratta di particelle aventi la stessa massa e caratteristiche opposte a quelle che costituiscono la materia ordinaria Il positrone detto anche antielettrone l equivalente di antimateria dell elettrone ed ha carica elettrica pari a 1 Quando un positrone si annichila con un elettrone la loro massa viene convertita in energia sotto forma di due fotoni ad altissima energia nella banda dei raggi gamma Un positrone pu essere generato dal decadimento radioattivo con emissione di positroni o dall interazione con la materia di fotoni con energia superiore a 1 022 MeV Sebbene utilizzata principalmente per studiare le interazioni tra particelle elementari l antimateria ha anche un applicazione tecnologica la Tomografia ad Emissione Positronica PET Positron Emission Tomography una tecnica di medicina nucleare e diagnostica medica che utilizza l emissione di positroni per realizzare immagini tridimensionali o mappe ad alta risoluzione degli organi interni dei pazienti La procedura PET inizia con l iniezione generalmente per via endovenosa nel soggetto da esaminare di un isotopo tracciante di breve vita media legato chimicamente ad una molecola attiva a livello metabol
15. bombardamento di un bersaglio in carburo di uranio con un fascio di protoni in modo da generare tramite una reazione nucleare specie radioattive all interno del target Le particelle radioattive generate vengono successivamente estratte lonizzate separate in massa ed accelerate come fascio di ioni radioattivo Il cuore della facility il target in carburo di uranio che solitamente si presenta come un unico blocco cilindrico racchiuso all interno di una scatola in grafite l idea innovativa introdotta dal progetto SPES la suddivisione del target in sette dischi opportunamente spaziati questo consente a parit di volume di aumentare la superficie di scambio termico radiativo tra il target e la scatola in grafite che lo contiene tale particolare di fondamentale importanza in quanto permette al target di smaltire con maggiore efficienza la potenza termica dissipata dal fascio protonico che lo investe stimato in circa 8kW Gli isotopi prodotti vengono estratti dalla scatola grazie alla linea di trasferimento attraverso tale dispositivo le particelle vengono indirizzate verso la sorgente di lonizzazione ion source dove avviene il processo di ionizzazione ioni 1 La scelta della sorgente di ionizzazione di fondamentale importanza in quanto il suo funzionamento influenza l intensit e la qualit del fascio radioattivo A seconda del tipo di elemento di cui si vuole produrre il fascio vengono impiegate sorgenti di ionizzazi
16. buffer disponibile Se 1 dati sono contemporaneamente scritti sulla variabile dallo stesso nome le operazioni utilizzeranno buffer differenti I dati bloccati sono utilizzati con moderazione insieme ad etichette di sequenza per prevenire e rilevare errori di buffer In caso di overrun di un buffer in cui un dato viene scritto in un buffer che usato da un operazione di lettura tale operazione di lettura rilevera il cambiamento di numero di sequenza e ricopier il buffer nell area di lettura dati Questo capita raramente in un sistema composto da una sola CPU 35 Capitolo 3 Il sistema di controllo LabVIEW In modalit sincrona 1 dati sono scritti nei buffer come descritto prima ma i puntatori dei buffer avanzano solo quando un evento processato inviato con un time stamp l indicazione dell ora Anche la lettura sincrona necessita di un puntatore di buffer e pu avvenire solo per dati dalla cima di un buffer indicato solamente dopo aver ricevuto il comando di processare tali dati La DLL realizza questo comportamento attraverso un buffer ad anello dalle dimensioni variabili in base alle necessit dell utente Tale buffer mantenendo i dati insieme al messaggio dell evento in fase di processo funziona come first in first out FIFO tenendo 1 dati per pi di un solo evento di trigger Ogni qual volta si riceva un comando di lettura viene creata una nuova indicazione di tempo e resa disponibile sulla cima di ogni P
17. di comunicazione con tale strumento A questo scopo si scelto di usare lo switch all indirizzo Input e di associarvi l illuminazione del LED A Input 1 0 Input 1 1 LED A 0 OFF LED A 1 ON Lavoro CON Lavoro SENZA LED termocoppia termocoppia Vano degli switch Figura 4 17 modulo principale del PLC LED e switch 58 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni Nella Figura 4 18 riportata la schermata Measurement amp Automation Explorer relativa al modulo principale del PLC si possono distinguere i quattro switch presenti input booleani ed 1 quattro LED disponibili output cFP 2120 0 Measurement amp Automation Explorer File Edit View Tools Help Configuration E My System 5 Data Neighborhood E de FieldPoint Items ele cF 1 jak H SPES TTCS C New Gar Open LA Save Go to F Stark RI Stop Address Value Range EDIP Switch 3 0004 EDIP Switch 4 0008 E Input 1 oooi input Inpuk 2 0002 Item Mame Timestamp Status 04 18 15 748 Successful 04 18 15 758 Successful 04 18 15 747 Successful 04 18 15 748 Successful Boolean Boolean Boolean Boolean E3 E H cFP AIO 610 m2 i SPES TTCS PD sn Devices and Interfaces LED 4 LED E LEDC LED D Power Source 0020 0040 output C00S0 0100 o200 oOo o fo oOo oF oF O di Oto 2 Counts Oto 2 Counts Oto 2 Counts Oto 2 Counts Boolean OF 1S 15759 04 16 15 768 0419 15 70 041a 15 776 O41 lar Successful Successful Succ
18. eseguire o meno il calcolo della conducibilit case 1010 In caso di risposta affermativa nello stato successivo 1011 sul pannello frontale viene richiesto l inserimento da tastiera dei coefficienti della retta AT A T B e dello spessore del provino Di default questi valori in seguito a rilevazioni sperimentali nel forno in questione stati impostati a A 0 1676 110 3 spessore 8 5 mm 2 Acquisizione dati In fase di lettura dei dati che gli strumenti inviano al PLC stato inserito 11 calcolo delle nuove grandezze secondarie richieste A tale calcolo si fatto corrispondere anche 1l relativo aggiornamento del pannello frontale mediante inserimento di indicatori e grafici sia nella schermata di Carburizzazione sia in quella di Rampdown Per fare ci si introdotto nel diagramma a blocchi relativo a questi stati rispettivamente 640 in fase di Carburizzazione e 740 in fae di Rampdown il VI 2pyros_conductivities Le uscite relative a conducibilit e calore sono mostrate sul pannello frontale attraverso 1 relativi indicatori e grafici In Figura 4 7 riportato il diagramma a blocchi relativo ai casi 640 o 740 48 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni EL n E eos E quaun waunya Figura 4 7 fase di acquisizione dati diagramma a blocchi Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni 3 Memorizzazione delle misure Poich si vuole tenere memoria dei nuovi campi nel file di misure
19. m 2 Power W _A s W m 1 K 1 tConductivity_B s W m 1 K 1 tHeat_A s W m 2 tHeat_B s W m 2 tPower s W tFailure s tComment s s Write to text file vi Failure Comment 1 aggiungere una nuova riga con le misure dato il cluster CarburizationTred contenente tutte le misure da memorizzare viene effettuata la conversione di ogni numero in stringa con la generazione 50 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni una stringa vuota in caso il numero in questione sia invece NaN Tali stringhe sono infine concatenate tra di loro separate da segni di tabulazione e scritte in coda al file In ogni colonna viene cos rappresentata la relativa misura Le prove eseguite su macchina hanno rivelato un problema di portabilit dei file di misure dovuto al diverso separatore decimale usato in macchine diverse Il file veniva scritto utilizzando come separatore il punto Se in seguito tale file veniva incollato in una tabella Excel che adottava la virgola ci si trovava di fronte a dati di ordini di grandezza evidentemente errati Si dunque di ovviare a questo problema mediante la scrittura dei dati secondo notazione esponenziale operazione eseguibile durante la conversione numero stringa 2 aggiungere un commento all ultima riga considerata 4 2 3 Conclusioni Il software presentato attualmente utilizzato nel forno destinato ai test sui materiali Gli unici problemi riscontrati durante l esecuzione e prontamen
20. nel tempo indicato monitorare lo status degli strumenti ed interrompere il processo qualora si incontrino errori di comunicazione che potrebbero rivelarsi dannosi all interno del processo ricevere dagli strumenti le variabili desiderate temperatura emissivit corrente e tensione impostate ed elaborarle per ricavarne delle grandezze secondarie desiderate memorizzandole infine in appositi file Inizializzazione delle variabili e creazione del Controllo della connessione di Avviso log file strumenti e dei segnali di stato di controllare le Disclaimers acqua vuoto temperatura riprova apparecchiature Test superati Carica del file dove sono presenti i valori di tensione e corrente da imporre all alimentatore in fase di carburizzazione e controlla che siano valori opportuni Avviso file di rampa non adeguato Creazione del Measure log file che Test conterr le misure che verranno rilevate riprova Controlli superati superati Carica del file dove sono presenti i valori di tensione e corrente da imporre all alimentatore in fase di Riscontrati Impostazione del i rampdown e controlla che siano errori pirometro i valori opportuni Il sistema pronto per il processo di carburizzazione Ricarica Ricarica le rampe s lt _eOSOSOS S CC iCCs r rampe errore continua Tempo di update raggiunto Lettura dagli strumenti C
21. sia 10 59 13 06 24 2009 0 45 in fase di carburizzazione 11 19 15 06 24 2009 a48 soo oo 10 che in fase di rampdown Nelle colonne relative 11 34 13 06 24 2009 212 500 0 03 15 j 11 49 13 06 24 2009 212 so ooa 19 e dci a 11 49 13 06 24 2009 2 12 500 0 04 19 valori REALI non quelli 12 05 14 06 24 2009 poral nel dled 12 06 14 06 24 2009 o o o misure Andamento delle correnti in fase di carburizzazione rampa di carburizzazione Corrente Camera A lt x 4 co S al cD c oD i O QO Ia a rampa di carburizzazione test 40 tempo min 63 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni 64 Capitolo 5 Sviluppo del sistema di controllo del Front End SPES Capitolo 5 Sviluppo del sistema di controllo del Front End SPES 5 1 Introduzione livelli 1 Sicurezza primaria segnali fondamentali gestiti da due PLC 2 Controllo e gestione dei processi mediante software EPICS 3 Monitoraggio dei processi con lettura scrittura di PV EPICS attraverso software LabVIEW Ci descritto nel Capitolo 3 il controllo dell apparato Front End avverr su tre L interfaccia grafica LabVIEW prevista per essere di pi Immediata interpretazione all utente finale non pratico di informatica rispetto alla base EPICS cui si appoggia Il software richiesto deve rendere possibile il monitoraggio dell intero progetto nei vari sottosistemi che
22. un elemento conduttore nel quale vengono collocati 1 composti da trattare Tale elemento conduttore pu essere o un crogiolo di grafite o un riscaldatore in tantalio Il forno funziona in modalit manuale mentre la gestione del processo avviene attraverso un software dedicato su cui si concentrato il mio lavoro che verr descritto nel Capitolo 4 Il forno pu funzionare anche per un ciclo molto lungo della durata di alcuni giorni 26 Capitolo 2 I forni di produzione nel progetto SPES La macchina dotata di opportuni mezzi di sicurezza che nel caso di mal funzionamento interrompono l alimentazione di potenza 2 2 1 Componenti Armadio di supporto costituito da una struttura in profilati di alluminio L armadio funge da supporto all evaporatore e alla strumentazione necessaria per il funzionamento la gestione e il controllo della macchina La struttura inoltre dotata di una colonna in profilato di alluminio sulla quale fissato un argano manuale La colonna serve da guida per il sollevamento della campana Evaporatore costituito da una parte fissa posizionata sull armadio di supporto e da una parte mobile Quest ultima strutturata a campana Figura 2 19 o sulla forma della camera del target Figura 2 20 La parte mobile fissata all armadio di supporto mediante una guida che le permette di traslare in senso orizzontale camera o verticale campana ed percorsa da una can
23. una schermata riportante una proiezione 3D del progetto SPES ed una finestra di disclaim corrispondente al case 100 In corrispondenza di questo stato sono inoltre inizializzate alcune variabili specialmente quelle booleane e quelle relative alla schermata visualizzata 1 vari Tab Control In caso di accettazione delle condizioni di disclaimer si procede al controllo dei segnali di abilitazione relativi agli apparati di deflessione e tripletto case 102 Tali segnali elaborati dai PLC indicano il passaggio di tutti 1 controlli dei segnali fondamentali all avvio dei processi quali acqua vuoto stato del PLC temperatura esterna alla camera pressione dell aria compressa radiazioni gamma ecc Il controllo effettuato mediante interrogazione delle relative PV segnalato errore sia in caso di problemi di collegamento alla PV sia in caso 1 segnali indagati non concedano l abilitazione a procedere con il processo cio sia se lo stato del cluster di errore vero sia se la variabile cercata assume valore 0 0 errore 1 regolarit Nell eventualita che si riscontrino alcuni errori nel controllo dei segnali viene visualizzata una schermata di avviso in cui si pu scegliere di effettuare nuovamente il controllo sui segnali o uscire dal programma case 1001 In caso di successo nel controllo sull immagine del Front End appaiono 1 pulsanti relativi a target FE R FE P ed dunque possibile procedere con questi pr
24. utilizzo prima di index array ogni elemento di quest array viene estratto in seguito con un bundle per il cluster ogni elemento inserito all interno del cluster RealTimeValues fornito come output di questo VI e visualizzato sul pannello frontale del programma principale sia numericamente che graficamente L unico elemento che non inserito in questo cluster l indicatore della posizione dell estrattore separato dalle altre variabili In Figura 5 11 rappresentato il diagramma a blocchi del VI H can stopi RO Goal 4 si Figura 5 11 TARGET receive epics diagramma a blocchi In Figura 5 12 invece rappresentato il particolare del pannello frontale relativo allo stadio di monitoraggio delle variabili del target in fase di heating Yalues Set target set line set oo magnet set oven set anode set pet I target Li I line mw I magnet i Ioven RM anode im Amplitude 1 0 I I 1 1 I 1 I I I 1 I I O 5 wW 65 0 5 St 5 40 S w S eo Time Figura 5 12 pannello frontale del programma principale L ultima variabile in uscita restituita da questo subVI la variabile booleana can stop RD Essa assume valore vero sono nel caso in cui tutte le correnti e tensioni nel target siano nulle Nel programma principale utilizzata solo in fase di rampdown per permettere il termine del ciclo 74 Capitolo 5 Sviluppo del sistema di controllo del Front End
25. 100 120 140 160 180 200 Corrente Desiderata Figura 4 12 impostazione di Output 1 da MAX relazione tra corrente desiderata e corrente letta 54 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni 4 3 2 Realizzazione del software Al software precedentemente presentato sono state necessarie delle modifiche relative alla lettura dal PLC dei file di rampa con l aggiunta delle colonne relative a tensione e corrente da impartire al nuovo alimentatore modifiche ulteriori sono state inoltre apportate nelle varie fasi di impostazione lettura di corrente e tensione dal nuovo strumento A tal proposito stato creato un nuovo subVI per il controllo del secondo alimentatore e sono inoltre stati coinvolti nelle modifiche 1 VI riportati di seguito 4 3 2 1 Gbl_ VISA _Res_Names2 vi Gbl VISA Res Names2 vi contiene la definizione globale degli indirizzi dei vari strumenti collegati al PLC Tra tali variabili sono state aggiunte quelle relative alle variabili da pilotare nel secondo alimentatore Lambda 2 Voltage e Lambda 2 Current Esse terranno memoria degli indirizzi Output 0 ed Output 1 4 3 2 2 SetVI_ SecondLambda vi Il SetVI SecondLambda vi stato creato con il compito di scrivere nel modulo del PLC le uscite Output 0 ed 1 in modo da Impostare 1 desiderati valori di tensione e corrente dell alimentatore Come si nota dalla Figura 4 13 tali valori sono ricevuti dal VI come ingressi insieme alle variabili glo
26. 23 cccccccceccscceccsccsccscnscnscescnccescecceccesceccesceccescncees 40 4 2 1 Metodo di calibrazione della termocoppia 41 4 2 2 Realizzazione del SoftWare ale 43 A2 2 CONGUENIVVI solidi 43 4 2 2 2 2pyros CONductivitieS Vi 44 4 2 2 3 Programma Principale Prototype _CFP_CONdUCHivVity Vi iii 46 4 2 2 4 StoreMeasuresTwoPyrosS_CONAUCHivVity Vi iii 50 4 2 3 CONCUSSION einen 51 4 3 utilizzo di due alimentatori Camera linea ccccssscssccssccsscssscnsccssscessceseseceesces 52 installazione e Conie urazie saana a ilaria 52 4 3 1 Controloda Tremolo aaa 53 4 3 2 Realizzazione del so Ware 55 43 21 DIVISA ROS NAMES ZN lie lilla 55 43 22 SIVE SCCONGLOMII GOI spread inline 55 4 3 2 3 GDR ARGMIDSZE GOO G I secca 56 ASDA ROMPEXIOCEOIZLGMOGO MI nine 56 4 3 2 5 StoreMeasuresTwoPyros2Lambda Vi siicicks scvssnisaivscdcacwetanevanba stessensnenesubrednsdavsuasinndieeensneues 56 4 3 2 6 RampsCheck2Lambda vi ii 56 4 3 2 7 Prototype CFP 2 00 56 4 4 Possibilit di operare senza termocoppia ceccsccccsccscccceccsccccsccsceccsccsceccscsceccces 58 4 4 1 Regizor oe E SOILW ai E caiecchictacctiseaiet ati lilla 59 4411 GD TMChMMOGOUDIOME niaan n wonsaes E oaaaa tess ee 59 441 2 Prototype GFP 2 Lambad AM tirannia an 59 ES CONCUSSION lalla 62 Capitolo 5 Sviluppo del sistema di controllo del Front End SPES
27. DEFLECTOR read voltage vi State Machine Step Number ii DEFLECTOR set read Regime Defl PS deflector peneneenmenenen Era oo000000 Il ciclo del deflettore continua ad eseguire queste operazioni fino al selezionamento del pulsante stop button o fino al rilevamento di un errore critico In entrambi 1 casi 3000 3001 si ricorre al Deflector write vi per impostare a zero tutti i canali 5 7 1 1 DEFLECTOR write vi Dato in ingresso un array contenente 1 valori di tensione e corrente da impostare nei vari alimentatori DEFLECTOR write vi scrive tali valori nelle relative PV EPICS DEFLECTOR write yi Channels error in error cut Figura 5 15 DEFLECTOR write vi icona e connessioni Utilizzando un ciclo for con variabili l array di valori da impostare e l array dei nomi delle PV relative ad ogni PV viene assegnato il suo corrispondente valore 76 Capitolo 5 Sviluppo del sistema di controllo del Front End SPES Ci avviene solo nel caso che il valore attuale della variabile e quello da impostare non coincidano In queste condizioni inoltre la variabile Regime indicatrice dello stato transitorio regime viene impostata come falsa indicando quindi una fase di transitorio In Figura 5 16 riportato il diagramma a blocchi relativo al subVI descritto ho Error vB error out Figura 5 16 DEFLECTOR write vi diagramma a blocchi 5 7 1 2 DEFLEC
28. Measurement amp Automation Explorer Configuration E amp My System Data Meighborhood E y FieldPoint Items tele cf 1 iak m SPES TTCS SFES TTCS 2 o m cFP 2120 00 H E cFP DIO 550 1 C Mew Cae Open Item Mame a Input O dA Input 1 at Input 2 Input 3 Qutput 0 Qutput 1 Address 0001 o002 0004 DOG D010 o020 Value 0 000000 0 000006 0 000006 0 000006 0 000000 0 000000 Ph Start MM Stop sf write Range Oto 0 024 4mps Oto 0 024 4mps Oto 0 024 4mps Oto 0 024 4mps Oto 10 2 Volts Oto 10 2 Volts Timestamp 07 01 33 024 07 01132 925 07 01 33 1030 07 01 32 9502 07 00 59 7306 OF 00 59 775 Status Successful Successful Successful Successful Successful Successful cFP AIO 610 2 L A Input 0 h Input 1 EEL Input 2 Eg Input 3 EA Output 0 Me R 38 ee Value 0 to 10 2 Volts DE I BM Output 3 H 5PES TTC5 PD a Devices and Interfaces cel B Historical Data H a Scales He Software i E iYi IWI Drivers E Remote Systems Oto 10 2 volts Successful Oto 10 2 Volts Qutput 2 Qutput 3 0040 O060 0 000000 0 000000 OF 00 59 910 07 00 59 5645 Successful ltem Write Output 0 Status Figura 4 11 impostazione degli output in MAX Corrente letta A Tensione impostata V Corrente desiderata A f x 0 99x 0 24 R2 1 00 L Vv eb Cc Vv 2 O O 40 60 80
29. Pyros_conductivity vi Figura 4 2 forno di test sui materiali 4 2 2 1 Conductivity vi Conductivity vi il subVI destinato al calcolo della conducibilit Esso assume in ingresso le variabili T Temperatura del pirometro in C Ti Temperatura della termocoppia in C Emissivit Linear A coefficiente angolare della retta AT A Ty B Linear B intercetta della retta Thikness of target h spessore del target in mm Error in cluster di errore conductivity vi linear linear B Tth C q iheati Wim Tp C conductivity Weim Emissivity T bottom k error in no error error out thikness of target mm Figura 4 3 conductivity vi icona e connessioni All interno del VI vengono eseguite le operazioni che forniscono in uscita 1 seguenti valori Calore q o e Tp K 323 15 K W m Con o 5 67 10 Wm K s costante di Stefan Boltzmann Liston hh A Tih B Conducibilit 2 dA W mK bottom p 43 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni Segnalazione di errore in caso di Tin lt Tip la conducibilit in questo caso sarebbe un numero negativo non avrebbe senso Per la realizzazione come possibile vedere dalla Figura 4 4 si utilizzato 11 formula node particolare struttura che permette di inserire ed eseguire codice C Tb Tth 4 Tth B 273 15 ont T bottom k i i Ea EE d_ Se linear a DELk Al E e ffTp 273 15 4 323 1644 vi
30. TOR read voltage vi DEFLECTOR read voltage vi interroga le PV relative ad ogni singolo canale degli alimentatori DEFLECTOR read Yoltage ri gs PS deflector error in error out Figura 5 17 DEFLECTOR read voltage vi icona e connessioni Per fare ci utilizzata l interrogazione attraverso un ciclo for di tutte le PV il cui nome specificato all interno di un array Le uscite sono unite nel cluster di indicatori PS deflector e visualizzate nel pannello frontale del programma principale Figura 5 19 oltre ad essere scritte nel file di misure In Figura 5 18 riportato il diagramma a blocchi relativo al subVI APIPISILIZIILIZIZIZIIZIZLIZISZIZZIZIIZIZLZIZZIZIZZIZIIZZIZIZIZZIZZ HH PS deflector 7 error out pr 5 18 DEFLECT OR Tead Voltage iarann a era 77 Capitolo 5 Sviluppo del sistema di controllo del Front End SPES Figura 5 19 pannello frontale particolare PS deflector 5 8 Operazioni sul tripletto Le operazioni sul tripletto sono strutturalmente molto simili TRIPLETTO a quelle realizzate sul deflettore La differenza nella siae x 3 p attesa programmazione soltanto nel disporre di tre canali anzich a ae ele quattro Il ciclo dunque analogo al precedente si avranno termine Da si te errore termine del ciclo errore analogamente anche 1 subVI TRIPLET write vi e TRIPLET read vi 5 9 Operazioni sul Front End Protonico Non ancora
31. UNIVERSIT DEGLI STUDI DI PADOVA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA DELL INFORMAZIONE CORSO DI LAUREA TRIENNALE IN INGEGNERIA BIOMEDICA RELAZIONE DI TIROCINIO LUNGO UTILIZZO DI SOFTWARE LABVIEW PERLA REALIZZAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO DEI FORNI DI PRODUZIONE DEL PROGETTO SPES LAUREANDA Bindi Eleonora RELATORE Prof Franco Bombi CORRELATORI Dott Alberto Andrighetto PI Mauro Giacchini Anno Accademico 2008 09 Atoms like incense rising like a Thousand candles all blown out at once Arcturus The Chaos Path Sommario INET OGUZION smania 1 Capitolo 1 Il Progetto SPES ai Laboratori Nazionali di LEGNAr cccccccecssccccecsececces 3 1 1 Introduzione iu O E E 3 1 2 iliprogetto SPES igul a E E rai 7 EI l acceleratore prima Ocrscsanknlod art cue awss pana air 7 1 2 2 Il target di produzione ed il sistema di estrazione e IONIZZAZIONE 8 1 2 3 Separatori elettromagnetici e post accelerazione 14 1 3 Applicazione dei fasci di ioni esotici ccecceccecsccscccceccsccccsccsccccscsceccecscescessceees 16 1 3 1 Applicazioni im fisica nucleare 1 ariani AA 16 13 2 Applicazioni in fisica dello stato solido seeeesssseerssssecsessssecesssreresssrereseseeresssseceesssecessseeee 18 1 3 3 Applicazioni mediche 19 1 3 3 1 la Tomografia ad Emissione Positronica 6 i 19 1 3 3 2 La terapia perla Cattura Neutronica nel Boro BNCT 10 11
32. V FIFO insieme ai dati La lettura sar poi bloccata in attesa di dati se nessun dato in coda nella FIFO La DLL supporta 1 tipi di dato scalare e vettoriale di char uchar short ushort long ulong float double ed il tipo di dato stringa I corrispondenti tipi di record EPICS sono ai ao longin long out bi bo waveform string 3 3 2 Integrazione della Shared Memory attraverso IOC EPICS Per integrare LabVIEW con EPICS stata creata una DLL contenente una serie di funzioni che supportino EPICS stata data particolare attenzione al mantenimento della correlazione temporanea dei dati attraverso l utilizzo di time stamps ed eventi time stamped L IOC utilizza il protocollo Channel Access per la comunicazione con gli altri nodi e provvede per l infrastruttura da gestire la creazione ed il processo di strutture di dati note come record I record sono il tipo di dati utilizzati da EPICS e supportano attributi sia scalari che vettoriali insieme a vari attributi supportati dalla DLL Per ogni genere di record supportato dall IOC sono necessari due supporti da parte del dispositivo uno volto all inizializzazione l altro all esecuzione Queste operazioni sono modificate in modo da fare riferimento alla DLL Inizializzazione Un IOC EPICS si avvia caricando l immagine binaria del software ed un file dbd contenente la descrizione di tutti 1 record utilizzati nel database in memoria Le istanze delle var
33. a massa 1 vari elementi Il separatore di massa seguito da un separatore isobaro avente una risoluzione pari a 15000 che permette di separare isotopi tra loro isobari come 1l 13 Cs e lo Sn tra loro isobari Per migliorare la capacit di selezione dei separatori isobari necessario operare con un energia in ingresso dell ordine dei 200 keV questo possibile se sia il target che il primo separatore vengono montati in una piattaforma HV a 250 kV A questo punto il fascio radioattivo pu essere direttamente convogliato alle sale sperimentali ed utilizzato in esperimenti che richiedono fasci radioattivi di bassissima energia oppure essere post accelerato La post accelerazione viene ottimizzata mediante l impiego di un Charge Breeder un dispositivo in grado di incrementare la carica degli ioni prima dell iniezione del fascio esotico attraverso PIAVE che rappresenta il primo stadio di post accelerazione prima dell ingresso in ALPI acceleratore LINAC superconduttore Il complesso PIAVE ALPI da molti anni in funzione ai LNL ma negli ultimi tempi stato sottoposto ad un numero significativo di miglioramenti In particolare mentre prima consentiva la produzione di fasci ioni stabili ora pu essere impiegato come un acceleratore di RIB 14 Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro In Figura 1 12 visibile una rappresentazione schematica in cui si possono notare 1 componenti princ
34. alcolo delle grandezze i i secondarie Lettura dei file di rampa con Aggiornamento del estrazione del valore del tempo pannello frontale in cui effettuare ogni step Memorizzazione dei valori nel log file Raggiunto il tempo per Impostazione di ae Pet CARBURIZZAZIONE successivo tensione e corrente nell alimentatore Raggiunto il numero Raggiunto il massimo di step l l tempo per impostazione manuale Lettura dagli strumenti Calcolo delle grandezze Impostazione di losiep Tempo di E successivo RAMPDOWN update secondarie tensione e corrente Lettura dei file di rampa con raggiunto Aggiornamento del _ pannello frontale Memorizzazione dei valori nel log file nell alimentatore estrazione del valore del tempo in cui effettuare ogni step Struttura del programma principale Raggiunto il numero Prototype_CFP_1_ctr_valve v 8 massimo di step Procedura di spegnimento Chiusura della comunicazione degli strumenti 39 scrittura nel log file Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni Nello schema precedente mostrata la struttura a blocchi del programma standard utilizzato per il monitoraggio dei forni Prototype CFP 1 ctrl valve v Esso realizzato secondo lo schema della macchina a stati di Moore un ciclo while con all interno una struttura case a cui sono associati 1 numeri relativi ai vari stati che possono essere assunti dalla macchina Partendo da tale prog
35. aletta a serpentina che percorsa da acqua serve al raffreddamento durante il funzionamento del sistema Figura 2 19 Campana Figura 2 20 Camera All interno dell evaporatore nella parte fissa all armadio vi poi un sistema di riscaldamento costituito da due pinze in rame alle cui estremit viene fissato l elemento riscaldatore Le pinze di rame sono direttamente collegate al generatore di corrente e sono percorse dallo stesso liquido di raffreddamento della campana Come accennato prima l elemento riscaldatore pu essere o un crogiolo di grafite Figura 2 22 o un riscaldatore in tantalio Figura 2 21 Figura 2 21 riscaldatore in tantalio Figura 2 22 crogiolo di grafite all interno all interno dell evaporatore a camera dell evaporatore a campana Zi Capitolo 2 I forni di produzione nel progetto SPES Generatori di potenza Si tratta di uno o pi alimentatori LAMBDA da 10V e 1000 A che possono essere controllati sia manualmente sia dal software di gestione del forno per approfondimenti a riguardo si rimanda al Capitolo 4 Gruppo di pompaggio a vuoto costituito da una pompa rotativa a secco ed una pompa turbo molecolare tra cui interposta una valvola di isolamento Inoltre il gruppo di pompaggio dotato di un misuratore del vuoto BOC Edwards Serie TIC a tre canali completo di teste di misura e rel box per il segnale di sistema in vuoto Impianto elettrico realizzato per l ali
36. amente con 1 dispositivi o per ricevere inviare da altri programmi le variabili necessarie al monitoraggio del processo Questa relazione si sviluppa in cinque capitoli il cui contenuto viene qui di seguito brevemente riassunto e Capitolo1 In questo capitolo viene descritta la metodologia ISOL per la produzione di fasci di ioni radioattivi In seguito vengono esposte le principali caratteristiche del progetto SPES in fase di sviluppo presso 1 Laboratori Nazionali di Legnaro Infine vengono elencate le principali applicazioni dei fasci di ioni radioattivi nei campi di interesse della fisica nucleare dell astrofisica della scienza dei materiali e della medicina e Capitolo 2 In questo capitolo si illustrano 1 forni di produzione del progetto SPES Viene effettuata una breve descrizione riguardo allo sviluppo dei dischi del target Successivamente descritta l architettura dei forni evidenziando soprattutto la configurazione hardware necessaria al controllo da remoto e Capitolo 3 In questo capitolo viene introdotto il linguaggio di programmazione LabVIEW con riferimento a determinate funzioni e modelli progettuali che maggiormente si sono rivelati utili durante l attivit tirocinio svolta macchina a stati di Moore Measurement amp Automation Explorer Interfaccia Shared Memory per l interazione con EPICS e Capitolo 4 In questo capitolo trattato il lavoro fatto ai LNL nell ambito di miglioramento del software precedentem
37. andoli dal pannello fisico Per questo motivo sul mne pannello principale e nel file di misure vengono acuuminpre scritti 1 valori di tensione e corrente inviati e pal non ricevuti al dispositivo In Figura 4 16 mostrato un particolare degli stati 640 740 che conferma quanto appena asserito Voltage 2 e Current 2 non sono lette Lambda Ses dagli strumenti come le altre variabili ma sono gt le ultime impostate sullo strumento LastCurrentsete writes in log file the last values set for Lambdaz Figura 4 16 case 640 740 scrittura di Voltage2 e Current2 su pannello frontale e file di misure 3 Chiusura del programma Al momento della chiusura del programma sia in caso di errore sia in caso di funzionamento normale necessario Impostare le variabili di tutte le apparecchiature a 0 Negli stati volti a questa funzione 400 e 450 stata aggiunta l impostazione di corrente e tensione di linea a 0 attraverso l utilizzo del SetVI SecondLambda vi 4 4 Possibilit di operare senza termocoppia Durante il test del programma appena descritto sull impianto si reso utile trovare un sistema che permetta di lavorare nonostante l assenza della termocoppia A tale scopo si pu operare su di uno degli switch reperibili sul modulo principale del PLC Figura 4 17 in modo tale che quando questo sia impostato a 1 il programma lavori senza effettuare le operazioni sulla termocoppia e senza fermarsi per assenza
38. are cos piccole da causare la formazione di nuclei particolari chiamati ad anello nuclei halo I nuclei halo sono caratterizzati da una diversa collocazione dei neutroni Tali nuclei possiedono molti pi neutroni dei rispettivi isotopi stabili inoltre uno o due neutroni essendo debolmente legati al nucleo orbitano attorno ad esso neutroni di valenza i e ga Tira i 3 Un esempio di nucleo halo il Li esso ha una dimensione media del nucleo 48 i i paragonabile a quella del Ca ma se si considera l alone racchiuso dalle orbite dei due elettroni di valenza presenti il nucleo assume dimensioni paragonabili a quelle del Pb vedi Figura 1 14 Pb Li Ca l 7 fm Figura 1 14 Paragone tra la dimensione del nucleo di Li e quella di altri nuclei pi massivi Il nucleo Li un sistema a tre corpi i due neutroni esterni ed il core e rappresenta un esempio naturale di sistema Borromeico vedi Figura 1 15 in topologia 1 tre anelli borromeici sono legati l un l altro in modo tale che la rottura di uno permetta la separazione degli altri due Figura 1 15 Gli anelli Borromeici I nuclei ad anello sono anche chiamati nuclei Borromeici proprio perch se uno dei loro costituenti viene a mancare gli altri divengono immediatamente instabili e si possono a loro volta allontanare facilmente Attualmente per la misura della distribuzione di protoni sulla base di esperime
39. aver investito le due finestre di grafite e i dischi di UCx il il fascio primario va ad impattare su tre dumper e sul fondo scatola box base questi elementi provvedono sia all assorbimento definitivo del fascio che cos non va ad attivare la camera esterna sia ad evitare la fuoriuscita di particelle dal lato posteriore del target 6 La scatola deve mantenere la temperatura media di 2000 C tale da migliorare l estrazione dei prodotti di fissione Essendo la potenza del fascio di protoni non sufficiente a portare il target al livello di temperatura richiesto necessario introdurre un dispositivo indipendente con la funzione di riscaldare e schermare il target Il sistema di riscaldamento supplementare sostenere inoltre il target durante 1 transitori evitando improvvisi sbalzi di temperatura molto pericolosi per l integrit strutturale dei dischi Il riscaldatore heater composto da un tubo molto sottile tube saldato ai bordi a due ali wings direttamente collegate ai morsetti in rame clamps attraverso 1 morsetti possibile far dissipare per effetto Joule il desiderato quantitativo di potenza al riscaldatore La dissipazione di potenza dovuta all effetto Joule in aggiunta al calore sviluppato dalla fissione nucleare fa in modo che la temperatura del sistema scatola dischi sia mantenuta al valore di utilizzo Il materiale scelto per il riscaldatore il tantalio si tratta di un metallo altamente resistente alla corrosi
40. bali dei relativi indirizzi SetYI_SecondLambda yi Lambda 2 Voltage Lambda 2 Current voltage Current error in no error error out Figura 4 13 SetVI_SecondLambda vi icona e connessioni In questo VI viene elaborato il valore delle tensioni da settare sul modulo analogica in modo da pilotare in modo desiderato l alimentatore Tale valore ottenuto con la stessa XN metodologia utilizzata su MAX il valore di tensione inviato al modulo ricavato dividendo per 2 il valore di tensione desiderato e per 200 il valore di corrente desiderato La Figura 4 14 riporta il diagramma a blocchi di tale VI Give a 0 5 Y tension command to set Output 0 Voltage from 0 10 Output 1 Current from 0 1000 4 Lambda 2 Voltage Lambda 2 ic error in no error es Voltage Failure Lambda Lys 1 TTT BESSER III III IA AAA AAA AAA RA AAA LAA III III Figura 4 14 SetVI_SecondLambda vi diagramma a blocchi 55 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni 4 3 2 3 Gbl_Ramps2Lambda vi Gbl Ramps2Lambda vi contiene le variabili globali relative alle rampe due matrici bidimensionali corrispondenti agli stati di Carburizzazione e Rampdown Tali matrici sono state ampliate di due colonne in modo da contenere 1 nuovi campi di tensione e corrente della linea 4 3 2 4 RampExtractor2Lambda vi RampExtractor2Lambda vi fornisce dati in ingresso una rampa ed il valore dello step attuale 1 valori di tensione e co
41. da questo codice sorgente grafico Gli oggetti del pannello frontale appaiono come terminali sullo schema a blocchi I terminali sono porte di ingresso e di uscita che scambiano informazioni tra il pannello frontale e lo schema a blocchi 1 terminali sono analoghi a parametri e costanti nei linguaggi di programmazione testuali I tipi di terminali includono terminali di controlli e di indicatori sono 1 corrispondenti dei controlli ed indicatori selezionati nel pannello frontale I dati inseriti nei controlli dal pannello frontale si inseriscono nello schema a blocchi tramite i terminali del controllo I dati passano poi attraverso varie funzioni Quando queste completano 1 loro calcoli producono nuovi valori dei dati che arrivano ai terminali indicatori aggiornando gli indicatori del pannello frontale terminali nodo oggetti dello schema a blocchi che hanno ingressi e o uscite ed effettuano operazioni quando un VI si trova in esecuzione Essi sono analoghi a dichiarazioni operatori funzioni e subroutine nei linguaggi di strutture Le strutture sono elementi di controllo del processo come le strutture Case 1 cicli For o While o funzioni sono elementi operativi fondamentali di LabVIEW Le funzioni non hanno pannelli frontali o schemi a blocchi ma hanno riquadri dei connettori 31 Capitolo 3 Il sistema di controllo LabVIEW o SubVI sono VI costruiti per essere usati all interno di un altro VI Ogni VI pu essere potenzialm
42. della temperatura alcuni materiali isolanti aumentano la loro conducibilit mentre certi conduttori a causa della rottura dei legami cristallini perdono propriet di condurre calore Tutte queste serie di motivazioni rendono di fondamentale importanza il saper gestire questa grandezza 4 2 1 Metodo di calibrazione della termocoppia Per il calcolo della conducibilit si adottato all interno del progetto SPES il metodo detto di calibrazione della termocoppia Le temperature in gioco sono misurate attraverso un pirometro usato per rilevare la temperatura relativa alla parte superiore del provino e di una termocoppia usata per rilevare la temperatura della parte inferiore del provino o Figura 4 1 misura delle temperature 41 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni Come si pu notare dalla Figura 4 1 la termocoppia non misura in realt la temperatura superficiale della parte inferiore del provino ma in un punto differente Di conseguenza con questo apparato non possibile misurare direttamente la differenza di temperatura nel campione Per risolvere il problema viene misurato il gradiente di temperatura in un disco sottile dove quindi la variazione di temperatura limitata Attraverso il metodo di calibrazione della termocoppia si terr in considerazione durante le misure sul provino pi spesso la relazione tra variazione di temperatura alla base e la relativa misura da parte della termocoppia L
43. do La maggior parte di queste sono basate sul metodo ISOL Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro La tecnica ISOL Isotope Separation On Line Figura 1 2 utilizza la separazione degli isotopi in linea 3 ISOL Facility ACCELERATORE PRIMARIO ne SORGENTE DI LARGE IONIZZAZIONE FRONT END ELETTROMAGNETICI POST ACCELERATORE ESPERIMENTI Figura 1 2 Schema di una facility di tipo ISOL per la produzione di fasci di ioni esotici I principali costituenti di tale tipologia di facility sono l acceleratore primario il complesso target sistema di estrazione e ionizzazione 1 separatori di massa ed isobari il post acceleratore Un fascio di particelle della voluta energia proveniente dall acceleratore primario viene fatto collidere con un bersaglio Target di materiale fissile in questo modo si ottiene la produzione degli isotopi radioattivi tramite reazioni nucleari fissione spallazione frammentazione ecc Attraverso un opportuno sistema i radioisotopi prodotti vengono estratti e ionizzati in questo modo potranno essere accelerati per differenza di potenziale Il primo stadio di accelerazione avviene nel Front End che attira gli ioni e li invia verso dei separatori elettromagnetici all interno dei quali il fascio viene opportunamente selezionato e purificato I separatori sono quindi necessari se si vuole ottenere un fascio chimicamente ed isobaricamente puro Successivamente gli i
44. e materia affrontando di volta in volta nuove e stimolanti sfide scientifiche e tecnologiche le ricerche di base e le complesse tecnologie appositamente create per il loro supporto hanno spesso portato alla nascita di un gran numero di applicazioni nel campo della medicina dell industria e della fisica applicata arrivando in molti casi ad influenzare usi e costumi della societ basti pensare alla nascita del web presso 1 laboratori del CERN dagli inizi del ventesimo secolo che la fisica nucleare esplora la natura della Nel corso degli anni l Europa diventata leader nel campo della ricerca nucleare e sta pianificando sotto la guida maestra del CERN di Ginevra la costruzione di una nuova generazione di facility per la produzione di fasci radioattivi con lo scopo di esplorare la materia esotica e di fornire un valido strumento per applicazioni di tipo medico ed industriale Capitolo 1 A tale programma partecipa attivamente con il progetto SPES Study and Production of Exotic nuclear Species l Istituto Nazionale di Fisica Nucleare INFN di Legnaro che prevede la costruzione di una facility per la produzione di fasci di ioni radioattivi ricchi di neutroni n rich e di alta qualit nel range di massa compreso tra 80 e 160 uma La produzione di fasci di ioni radioattivi richiede l impiego di tecnologie estremamente complesse ed innovative come sar descritto dettagliatamente in seguito 1l progetto SPES prevede il
45. e Thermocouple assuma invece valore logico vero il valore 60 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni che verr mostrato nel pannello frontale e scritto nel file di misure impostato come NaN ed il cluster di errore resta inalterato i B Irom Add Ircom Disable Thermocouple Figura 4 20 case 640 740 lettura dallo strumento visualizzazione nel pannello frontale scrittura nel file di misure nei casi vero e falso 61 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni 4 5 Conclusioni Sono qui di seguito riportati 1 dati relativi all esecuzione di Prototype CFP 2 Lambda vi sul forno destinato ai test termomeccanici L esecuzione stata possibile come desiderato senza la presenza della termocoppia attraverso l impostazione dello switch Inputl Tensione Corrente Tensione Corrente Time s camera V camera A linea V linea A Rampa di Carburizzazione VA corrente camera imposta i E corrente linea imposta tensione camera imposta n ici tensione linea imposta E corrente A 1000 2000 3000 4000 5000 1000 2000 3000 4000 5000 time s time s tensione camera imposta E tensione linea imposta XE 1000 1500 2000 1000 time s time s 62 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni Tensione Corrente Tensione Corrente Time Camera Camera Linea Linea Stato del sistema al 10 41 03 06 24 2009 I termine di ogni step
46. e da LabVIEW utilizzando la funzione Call Library Node Tali funzioni includono 1 Lettura e scrittura di variabili 2 Cercare e trovare informazioni relative alle variabili 3 Impostare e ricevere eventi bloccati e non bloccati A disposizione dei programmatori presente una serie di software documentazioni tools template che permettono di creare codice LabVIEW riferendosi all Interfaccia Shared Memory 22 Per accedere alle funzioni della shared memory un programma LabVIEW necessita di avere un indice che identifichi una determinata variabile Ci effettuato dalla funzione Name2Id che associa un indice al nome della variabile Nell IOC 1 nomi delle variabili sono 1 nomi delle variabili di processo Process Variable PV che devono essere definiti prima dell avvio dell IOC per mezzo del db file di cui si parlato prima Il programma LabVIEW che effettua l operazione di conversione del nome chiamato GetPVs Tale programma dichiara le variabili che interessano al programmatore Fornendo pochi dettagli specifici di EPICS riguardo alla variabile come lo scan rate aggiunti al GetPVs l utility GenerateDB pu avere le informazioni sufficienti alla generazione del file db del file di startup dell IOC e di un foglio di calcolo elettronico che documenti le variabili generate Tale meccanismo fornisce un singolo punto in cui sono definite le variabili della shared memory e le PV EPICS da parte del progra
47. e presentano un diverso ritmo di assorbimento a seconda del tessuto interessato Con una scansione PET possibile visualizzare e quantificare con discreta precisione il cambio di afflusso sanguigno nelle varie strutture anatomiche attraverso la misurazione della concentrazione dell emettitore di positroni iniettato I radionuclidi utilizzati nella scansione PET sono generalmente isotopi con breve tempo di dimezzamento come O 20 min N 10 min PO 2 min e F 110 min Per via del loro basso tempo di dimezzamento 1 radioisotopi devono essere prodotti da un ciclotrone posizionato in prossimit dello scansionatore PET 9 La PET gioca un ruolo sempre maggiore nella verifica della risposta alla terapia specialmente in particolari terapie anti cancro si prospettano dunque per essa sempre maggiori applicazioni e sviluppi 1 3 3 2 La terapia per la Cattura Neutronica nel Boro BNCT 10 11 La terapia per cattura neutronica nel boro BNCT un trattamento binario che sfrutta la reazione B n 0 Li che si verifica in seguito all assorbimento di neutroni termici E lt leV da parte di nuclei di B trasportati con un opportuno carrier nelle cellule neoplastiche Per tumori superficiali melanoma maligno e tumori in organi espiantabili si utilizzano sorgenti di neutroni termici per tumori profondi gliomacerebrale si utilizzano sorgenti di neutroni epidermici Si stanno studiando nuovi composti del boro e del gadolinio in grado di
48. e vengono quindi ionizzati positivamente ioni 1 Questo possibile se la minima energia necessaria per rimuovere un elettrone da una superficie funzione di lavoro maggiore del potenziale di ionizzazione dell isotopo Nel caso in esame si riescono a produrre con elevata efficienza ioni positivi per elementi con potenziale di ionizzazione inferiore alla funzione di lavoro del tungsteno pari a circa 5 eV L elevata temperatura a cui si trova la sorgente permette di avere un processo di 11 Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro lonizzazione efficiente si favorisce infatti 11 moto Browniano e si incrementano 1 contatti isotopo superficie Lo svantaggio principale di tale metodo sta nel fatto che la ionizzazione non selettiva cio non vengono ionizzati soltanto gli isotopi della specie desiderata Si devono quindi predisporre dei separatori elettromagnetici in grado di selezionare in base alla massa le particelle presenti nel fascio In ogni caso la purezza del fascio non garantita vi sono infatti isotopi di diversa specie tra loro isobari aventi cio lo stesso numero di massa A ma un diverso numero atomico Z come ad esempio il Cs e lo Sn Per separare tali elementi sono necessari dei separatori isobari tali dispositivi oltre ad essere molto complicati e costosi sono anche poco affidabili inoltre riducono notevolmente l intensit del fascio Questa tipologia di sorgente permette di ott
49. enere anche ioni negativi La produzione di fasci di atomi esotici ionizzati negativamente comunque molto complicata non tanto per la produzione degli ioni per cui sufficiente realizzare la hot cavity con un materiale la cui funzione di lavoro sia inferiore all affinit elettronica degli isotopi bens per la loro accelerazione La differenza di potenziale presente tra la camera target il front end ed 1 sistemi di post accelerazione dovrebbe essere invertita e ci sarebbe possibile soltanto se si disponesse di particolari dispositivi denominati charge exchange devices Resonant Ionization Laser Ion Source RILIS Il metodo RILIS il cui principio di funzionamento schematizzato in Figura 1 9 oggi il pi potente strumento per la produzione di fasci di ioni radioattivi per le facilities di tipo ISOL Fsso fornisce un processo di ionizzazione selettiva e garantisce la soppressione di contaminazioni indesiderate a livello della sorgente di ionizzazione Vale la pena notare che il metodo RILIS utilizza la stessa architettura della tecnica di ionizzazione superficiale Un laser caratterizzato dalla sovrapposizione di pi raggi due o tre a seconda dell elemento chimico da ionizzare aventi lunghezze d onda differenti corrispondenti a diversi valori energetici E hf dove h la costante di Planck ed f la frequenza d onda viene proiettato all interno della hot cavity Tale laser irradia gli isotopi e fornisce loro l e
50. ente in uso nella gestione dei forni In particolar modo l inserimento del calcolo della conducibilit il lavoro con due alimentatori e la possibilit di bypassare la termocoppia e Capitolo 5 In questo capitolo viene presentato il programma realizzato per il monitoraggio del Front End in particolar modo delle operazioni relative a target deflettore tripletto Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro Capitolo 1 II Progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro 1 1 Introduzione e propriet chimiche e fisiche degli elementi presenti in natura sono determinate dall atomo L organizzazione di pi atomi in reticoli cristallini determina le propriet fisiche mentre la nube elettronica esterna determina le propriet chimiche La quasi totalit della massa dell atomo pi del 99 9 concentrata nel nucleo Il nucleo un entit costituita da particelle dette nucleoni a carica positiva protoni ed elettricamente neutre neutroni di massa circa 1800 volte pi grande degli elettroni 1 La stabilit del nucleo garantita dalla presenza di una forza di attrazione tra 1 nucleoni molto intensa definita interazione forte Tale forza agisce con efficacia a distanze inferiori alle dimensioni nucleari bilanciando la repulsione elettrostatica presente tra 1 protoni carichi positivamente Grazie a quest interazione il moto dei nucleoni vincolato attorno alla massa nucleare centrale A cau
51. ente utilizzabile come subVI Contiene il codice sottoforma di diagramma a blocchi ed costituito da 3 Icona connettore Essendo LabVIEW un linguaggio di programmazione ad oggetti facile che un VI venga riutilizzato come subVI in un altro VI Per poter fare ci bisogna definire le variabili che riceve in ingresso e quelle che restituisce in uscit ci viene fatto mediante 1 riquadri dell icona e dei connettori L icona un simbolo grafico di piccole dimensioni che rappresenta simbolicamente il VI stesso e che permette di trasformare il programma in un oggetto normalmente visibile nell angolo in alto a destra sia della finestra del Front Panel sia in quella del Block Diagram Quando il VI corrente viene impiegato all interno di un altro programma come sub VI l icona permette di identificare il sub VI stesso nel Block Diagram del programma principale che lo contiene Il riquadro dei connettori un insieme di terminali che corrisponde ai controlli e agli indicatori del VI analogamente alla lista di parametri di chiamata di funzione nei linguaggi di programmazione testuali Essi stabiliscono la corrispondenza tra aree dell icona e controllori indicatori del pannello frontale elementi di ingresso uscita del pannello frontale associato al sub VI Della vastissima gamma di funzioni e metodi di programmazione forniti da LabVIEW vengono ora introdotti quelli che maggiormente si sono rivelati utili durante il tirocinio
52. era tensione sulla linea corrente sulla linea valve Se non soddisfano 1 valori richiesti l esecuzione del VI termina al relativo passo e nel pannello frontale del programma principale sar riportato un messaggio d errore La modifica apportata all interno di questo VI stata l aggiunta dei controlli relativi a tensione e corrente sulla linea 4 3 2 7 Prototype_CFP_2_lambda vi Prototype CFP_2 lambda vi la modifica del programma principale Non stato necessario inserire nuovi stati rispetto a Prototype CFP ctrl 1 valve v 8 vi sono solamente stati adattati quelli gi presenti 56 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni 1 Fase di operazioni preliminari All avvio del programma case 100 impostata l inizializzazione delle nuove variabili inserite 1 cluster Carburization Ramp Report e RampdoDown Report che riportano le rampe appena lette dai file nel PLC ampliati per far spazio ai nuovi campi tensione e corrente in questa fase sono inizializzati a zero Azzerata la storia precedente dei nuovi grafici Voltage2 Current2 Voltage RD2 e Current RD2 Inizializzato a Falso l indicatore di errore nel passaggio del test preliminare per Lambda2 Durante il controllo della comunicazione degli strumenti case 1001 stato aggiunto il test di comunicazione con la scheda analogica che comanda il nuovo alimentatore Tale test effettuato tramite l impostazione di tensione e corrente a 0 utilizza
53. essful Successful Successful E E Historical Data l Scales HB Software fy IMI Drivers E Remote Systems Figura 4 18 schermata MAX relativa al modulo principale del PLC 4 4 1 Realizzazione del software Nella realizzazione di quanto descritto necessario tenere conto ad inizio programma dello stato dello switch In base ad esso in varie fasi del programma si attueranno o meno certe funzioni relative alla termocoppia 4 4 1 1 Gbl_thermocouple vi Gbl thermocouple vi definisce la variabile globale booleana che nel programma principale terr conto dello stato dello switch Disable Thermocouple 4 4 1 2 Prototype _CFP_2 Lambda vi Si tratta del programma che utilizza 1 due alimentatori descritto precedentemente 1 Fase di operazioni preliminari Nel momento della verifica della comunicazione con 1 vari strumenti case 1001 viene inizializzata la variabile globale Disable Thermocouple mediante un controllo sul valore assunto da Input 1 Nello stesso momento viene inoltre impostato il relativo valore di LED A Segue a ci il controllo di comunicazione con la termocoppia In Figura 4 19 riportato il diagramma a blocchi relativo a questo passo in cui le operazioni dipendono strettamente dal valore assunto dalla variabile globale Disable Thermocouple 59 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni Disabled _ Disabled i 33 Gi FE si ua VISA resource name Eurotherm
54. essi associati hanno portato la comunit scientifica a proporre la costruzione di una rete di facilities complementari definite di intermedia generazione fondamentali per arrivare alla costruzione di un unica grande facility europea di tipo ISOL chiamata EURISOL 4 tale progetto rappresenta un iniziativa che vede coinvolti 1 principali laboratori nucleari europei ed dedicato allo studio ed alla progettazione di una struttura per la produzione di fasci radioattivi di qualit significativamente superiore a quella attualmente disponibile In tale direzione sono orientati anche 1 Laboratori Nazionali di Legnaro LNL nei quali prevista la costruzione di una facility ISOL per la produzione di fasci di ioni esotici il progetto SPES Selective Production of Exotic Species Tale programma coordinato a livello nazionale e prevede la collaborazione tra sei sezioni INFN I ENEA Bologna 1 Dipartimenti di Ingegneria Meccanica Ingegneria dell Informazione e Scienze Chimiche dell Universit degli Studi di Padova e a livello internazionale strette collaborazioni con il CERN Svizzera ed 1 Laboratori di Oak Ridge USA Nel prossimo paragrafo sar descritto il progetto SPES e la struttura della facility in fase di costruzione ai Laboratori Nazionali di Legnaro LNL mentre nel paragrafo 1 3 si fornir una descrizione delle principali applicazioni dei fasci di 1on1 radioattivi Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laborator
55. etto Joule in questo modo la temperatura della sorgente arriva a sfiorare 1 2400 C i Pai al q F a a a Figura 1 6 Rappresentazione del sistema di estrazione e ionizzazione del progetto SPES La camera target viene collegata al front end tra 1 due componenti presente una differenza di potenziale Vcamera V front end pari a 60 kV ed quindi necessario al fine di evitare il contatto diretto interporre un isolante elettrico electrical insulator come rappresentato in Figura 1 7 Grazie alla differenza di potenziale gli ioni radioattivi sono dirottati verso il front end in particolare gli ioni di uscita dalla sorgente di ionizzazione sono accolti da un elettrodo realizzato in lega di titanio TI6A14V e visibile in Figura 1 6 In questo modo si forma il fascio di ioni radioattivi che verr inviato alle sale sperimentale successivamente al passaggio attraverso i separatori elettromagnetici ed il post Acceleratore ELECTRICAL INSULATOR Figura 1 7 rappresentazione del Front End 10 Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro Il funzionamento della sorgente influenza intensit e qualit del fascio radioattivo E pertanto di fondamentale importanza la scelta di una sorgente opportuna La facility SPES viene inizialmente progettata con riferimento a due diverse tipologie di sorgente una con lonizzazione di tipo superficiale Surface Ion Source ed una con ionizzaz
56. ezione del comando OK si procede allo stato successivo 201 in cui 1 valori appena inseriti da tastiera vengono memorizzati nelle relative variabili EPICS L operazione di scrittura nelle PV EPICS relative al target effettuata dal seguente subVI 5 6 1 1 TARGET put desired inputs epics vi Il VI TARGET put desired inputs epics vi esegue l operazione di impostare le variabili EPICS relative ai valori di rampa da raggiungere TARGET put desired inputs epics vi TARGET mu error in error ouk Figura 5 8 Target put desider inputs epics vi icona e connessioni Dato in ingresso il cluster contenente le rampe da impostare esattamente 1 controllori rappresentati in Figura 5 6 in questo vi viene organizzato in modo tale da ottenere un array di correnti tensioni da raggiungere ed un array di tempi in secondi La scelta dell organizzazione in array data per la praticit che queste strutture presentano nell utilizzo dei cicli for ad ogni ciclo l 1 esima tensione corrente e 1 1 esimo 72 Capitolo 5 Sviluppo del sistema di controllo del Front End SPES tempo di rampa sono assegnati alle corrispondenti PV i cui nomi sono anch essi contenuti in array di stringhe In Figura 5 9 rappresentato il diagramma a blocchi relativo a questo subVI name of current voltage variables sends to EPICS the values of I and time to reach them current voltage II I target A I Line A I magnet A I o
57. gramma in LabVIEW importante utilizzare tale utility di test per assicurarsi che il dispositivo stia lavorando correttamente 3 2 3 3 Scales Scales mostra tutte le scale personalizzate correntemente configurate e fornisce utility per il test e la riconfigurazione di quelle scale Scales fornisce anche l accesso al DAQ Custom Scales Wizard che consente di creare nuove scale personalizzate 3 2 3 4 Software Software mostra tutto il software National Instruments correntemente installato L icona di ogni pacchetto software costituisce anche un collegamento che possibile utilizzare per lanciare il software La categoria Software include anche Software Update Agent Lo scopo di Software Update Agent di verificare se il software della National Instruments corrisponde all ultima versione Se il software non aggiornato all ultima versione il Software Update Agent apre la pagina Web ni com per scaricare la versione pi recente del software 34 Natic Meas What Is Measurern products ial A Capitolo 3 Il sistema di controllo LabVIEW 3 3 Interfaccia LabVIEW EPICS 21 Come spiegato precedentemente LabVIEW si pone a servizio dell utente finale come monitor del processo globale in grado di interagire mediante operazioni di lettura scrittura con le variabili del processo in atto le PV EPICS Ci avviene attraverso una particolare interfaccia l interfaccia Shared Memory 3 3 1 L interfaccia Shared Mem
58. hina HMI Human Machine Interface Il collegamento tra PLC e rete EPICS pu essere effettuato sia attraverso un computer dedicato IOC che cambi il protocollo di comunicazione sia usando un server OPC come gateway In Figura 3 23 presentato uno schema generale del sistema di controllo del target AI livello pi alto previsto l uso di un interfaccia grafica GUI Grafical User Interface in cui confluiscono 1 livelli pi bassi PLC e sistemi EPICS A tal proposito si pone l utilizzo di LabVIEW come Client Channel Access Un approccio simile stato sviluppato all SNS Oakridge U S con risultati soddisfacenti 29 Analog Signals HV Power supply HV Deflection Capitolo 3 Il sistema di controllo LabVIEW LabVIEW GUI based on SharedMemory EPICS and DSC OPC Web Server LNL Network CA Archiver BackUp Server SVN Server Wiki Server Disaster Recovery BASTION Host Firewall NAT CA Gateway Spes Private Network Optic coupling Embedded Linux EPICS IOC 1 Embedded Linux EPICS IOC 2 Binary Binary Binary Analog Binary Signals Analog Signals Signals Signals Aignal Signals PLC Schneider HV Power PLC supplies sui _ TM HV Platform Safety Vacuum TouchPanel Device Master Ethernet RS232 Server Control Room D 107 OPI Medm EDM Prototypes Genesys EPICS IOC Heater Line Filament e Anode e Oven Magnet Control System Design v 1 6
59. i un crescente interesse dovuto alle loro molteplici applicazioni non solo nel campo della fisica nucleare ma anche in astrofisica medicina e fisica dello stato solido Nel presente paragrafo vengono brevemente descritte le principali applicazioni dei fasci di ioni radioattivi nelle quattro aree sopra citate 1 3 1 Applicazioni in fisica nucleare 1 Miglioramento e verifica del Modello Standard Il modello standard della fisica delle particelle una teoria che descrive insieme la funzione e le propriet di tutte le particelle note ed osservate costituenti la materia nonch tre delle quattro forze fondamentali l interazione nucleare forte l elettromagnetismo e l interazione nucleare debole queste ultime due unificate nell interazione elettrodebole Nonostante il suo successo tale modello non del tutto soddisfacente poich dipende in modo sostanziale da alcune assunzioni fatte ad hoc Elaborati esperimenti di fisica nucleare suggeriti da convincenti basi teoriche sono stati ideati allo scopo di chiarire l origine di queste assunzioni e pervenire cos all unificazione delle interazioni fondamentali Tali esperimenti prevedono precise misure delle propriet di decadimento di alcuni nuclei che possono essere effettuate proprio utilizzando come sorgente pura di ioni 1 fasci di ioni radioattivi prodotti dalle facilities Studio della struttura di nuclei complessi I nucleoni sono costituiti da subparticelle chiamate quark esse e
60. i Nazionali di Legnaro 1 2 Il progetto SPES Il principale obbiettivo del progetto SPES di fornire un acceleratore che permetta di svolgere ricerche all avanguardia nel campo della fisica nucleare attraverso lo studio di nuclei lontani dalla valle di stabilit Il progetto basato sulla produzione di nuclei radioattivi neutron rich attraverso la fissione nucleare con una resa massima di 10 fissioni s indotta bombardando un target realizzato in carburo di uranio con un fascio di protoni di 40 MeV a 200 uA di corrente per una potenza totale di 8 kW 5 Il livello di radioattivit stimato nel target molto elevato necessaria dunque la progettazione di speciali infrastrutture tali da garantire la sicurezza in termini di radioprotezione La facility SPES prevede inoltre la realizzazione di un acceleratore di neutroni Neutron Facility attraverso l impiego di un secondo fascio di protoni ad alta energia Questo costituisce un obiettivo secondario del progetto SPES ma permette comunque importanti applicazioni mediche ed interdisciplinari In Figura 1 3 mostrato il layout del progetto SPES in cui visibile sia la facility del fascio di ioni esotici RIB facility sia la Neutron Facility LIS A Neutron Facility Figura 1 3 Layout del progetto SPES RIB e Neutron facilities Viene di seguito fornita una descrizione del componenti principali appartenenti alla RIB facility attualmente in fase di costruzione ai Labora
61. i isotopi radioattivi influenzano le propriet elettroniche ed ottiche dei semiconduttori in base alla loro natura chimica ed alla loro posizione all interno del reticolo cristallino In particolare poich le propriet elettroniche ed ottiche dei semiconduttori dipendono oltre che dal tipo di semiconduttore anche dalle sue dimensioni si dimostrato che in semiconduttori molto piccoli tali propriet possono 18 Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro essere sensibilmente alterate da un difetto presente con concentrazione minore di 10 atomi cm Per controllare in maniera affidabile le prestazioni dei semiconduttori sono quindi necessarie tecniche sperimentali che combinino un alta sensibilit chimica con un alta sensibilit per la determinazione di basse concentrazioni di difetti Per decenni la principale tecnica di rilevazione delle impurezze all interno di un cristallo stata il channeling in tale tecnica un fascio di ioni viene guidato lungo le righe atomiche o lungo 1 piani del cristallo canali tuttavia non possibile determinare concentrazioni di difetti inferiori a 10 atomi cm La sensibilit di tale tecnica pu essere profondamente aumentata impiantando all interno del cristallo impurezze radioattive che emettono particelle cariche emission channeling La misura dell emissione lungo differenti direzioni cristalline permette la determinazione del sito cristallografico dell
62. iabili sono definite in un file db Durante la processazione di un file di questo tipo vengono richiamati record e specifiche operazioni del dispositivo per l inizializzazione del record La DLL chiamata durante ogni istanziazione di record in modo da creare una variabile nella shared memory e collegare il campo del record relativo al dato alla variabile shared memory I programmi che vi accedono in questo caso LabVIEW possono inizializzare la shared memory Esecuzione I dati che giungono dal Channel Access o dall esecuzione di un data base creano un record in grado di fornire supporto al triggering del dispositivo Da parte del dispositivo effettuata una chiamata per supportare la scrittura del dato nella shared memory da parte della DLL Il timestamp EPICS 0 a scelta del sistema viene reso disponibile a LabVIEW attraverso un passaggio per la variabile nella shared memory Dall applicazione 36 Capitolo 3 Il sistema di controllo LabVIEW LabVIEW 1 dati possono essere processati in modo asicrono specificando uno scan rate tra gli attributi SCAN del record EPICS Se si vuole invece effettuare un operazione sincrona il campo SCAN Impostato come T O interrupt In tal caso il nucleo IOC tratta gli eventi da processare dagli altri client come se ci fosse stata un interruzione nell hardware dell IOC 3 3 3 Integrare la Shared Memory con LabVIEW Molte funzioni della DLL sono chiamat
63. icelle o la radiazione gamma da essi emessa Tale tecnica permette di captare segnali anche da pochissimi atomi e rappresenta uno dei metodi pi comuni per studiare 1 processi di diffusione atomica nei solidi 8 Il sistema ospitante pu essere drogato con 1 radioisotopi sonda per diffusione tramite reazione nucleare oppure per impianto ionico la scelta dell atomo radioattivo da utilizzare per un determinato esperimento viene fatta in base alla natura chimica e alle propriet nucleari di quest ultimo L uso della tecnica Radio Tracer Diffusion consente di osservare tramite 1 prodotti di decadimento l interazione tra l atomo sonda e l intorno reticolare che lo circonda ottenere informazioni riguardanti il campo elettrico e magnetico all interno del cristallo studiare 1 processi diffusivi e le interazioni tra gli atomi sonda indagare 1 tipi di difetti presenti nel cristallo Drogaggio dei semiconduttori Lo sviluppo di semiconduttori di piccole dimensioni aventi caratteristiche ottiche ed elettriche ottimali richiede un controllo completo dei difetti che governano tali propriet sia intrinseci come le vacanze interstiziali che estrinseci come 1 droganti e le impurit atomiche Per tale motivo sia la ricerca di base che quella applicata stanno concentrando notevoli sforzi nello studio dei difetti e dell attivazione elettrica dei droganti in diversi semiconduttori Analogamente agli isotopi stabili gl
64. ico spesso uno zucchero Dopo un tempo di attesa durante il quale la molecola metabolicamente attiva raggiunge una determinata concentrazione all interno dei tessuti organici da analizzare il soggetto viene posizionano nello scanner L isotopo di breve vita media decade emettendo un positrone Dopo un percorso che pu raggiungere al massimo pochi millimetri il positrone si annichila con un elettrone producendo una coppia di fotoni di energia paragonabile a quella dei raggi gamma emessi in direzioni opposte fra loro sfasate di 180 lungo una stessa retta questi fotoni sono successivamente rilevati dal dispositivo di scansione grazie anche all impiego di speciali tubi fotomoltiplicatori 19 Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro Punto cruciale della tecnica la rilevazione simultanea di coppie di fotoni 1 fotoni che non raggiungono il rilevatore in coppia cio entro un intervallo di tempo di pochi nanosecondi non sono presi in considerazione dalla misurazione della posizione in cui 1 fotoni colpiscono il rilevatore ogni coppia di fotoni individua una retta si pu ricostruire la posizione del corpo da cui sono stati emessi Teoricamente con due coppie di fotoni e dunque con due rette possibile individuare il punto di emissione dei fotoni permettendo la determinazione dell attivit o dell utilizzo chimico all interno delle parti del corpo investigate Figura 1 16 Scanner impiegato nella
65. idazione dei componenti presenti l interno della camera viene mantenuto in condizioni di alto vuoto con pressione dell ordine dei 10 mbar La mancanza di atmosfera inoltre necessaria per aumentare il cammino libero medio delle particelle radioattive prodotte Il volume della camera delimitato dallo spallamento di una flangia plate e da un coperchio cover a forma di pentola entrambi realizzati in lega di alluminio mentre la tenuta a vuoto garantita da un O Ring i i EXTRACTION AND IONIZATION SYSTEM gt PLATE TARGET COVER Figura 1 4 Configurazione della camera target Il target composto da sette dischi coassiali in UCx aventi 40 mm di diametro e circa 1 mm di spessore ed opportunamente distanziati in direzione assiale al fine di dissipare attraverso radiazione termica la potenza sviluppata dal fascio di protoni Fssi sono contenuti in una scatola box consistente in un tubo cavo di grafite di diametro esterno e una lunghezza di 49 e 200 mm rispettivamente vedi Figura 1 5 Il fascio di protoni prima di impattare contro 1 dischi attraversa due finestre in grafite windows molto sottili per non attenuare l intensit del fascio ma di fondamentale Importanza in quanto consentono di schermare la zona attiva e di evitare un eccessivo Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro raffreddamento del materiale fissile in corrispondenza dell ingresso del fascio Dopo
66. in laboratori di ricerca di tutto 11 mondo Calcoli teorici prevedono tuttavia l esistenza di un numero di nuclei esotici molto pi elevato pi di 6000 perci possibile che un gran numero di essi sia presente nella cosiddetta terra incognita comprensiva della regione ricca di neutroni neutron rich e di quella dei nuclei superpesanti SHE Super Heavy Elements La stabilit di questi nuclei una questione fondamentale nella scienza nucleare e recenti studi hanno dimostrato che l esistenza di nuclei con numero atomico pi grande di 102 interamente affidata agli effetti quantistici che gli specialisti definiscono di shell Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro Numero di protoni Z Numero di neutroni N Figura 1 1 carta dei nuclidi La carta dei nuclidi rappresentata in figura individua e classifica i nuclei in base al numero di protoni Z e al numero di neutroni N I nuclei definiti stabili quadratini neri sono quelli non radioattivi oppure aventi tempo di decadimento comparabile all et della terra o addirittura superiore La regione di colore giallo quella dei nuclei artificiali che possono avere vita pi o meno breve a seconda dei casi L aggiunta di neutroni o protoni ad un nucleo provoca l allontanamento dalla valle di stabilit fino a giungere ai limiti detti drip lines in cui la forza di attrazione tra nuclei protoni diminuita in mod
67. ione laser RILIS Resonant Ionization Laser Ion Source 7 Per entrambe le tipologie di lonizzazione si fa riferimento alla medesima architettura mostrata in dettaglio in Figura 1 8 si tratta di uno sviluppo della sorgente MKI ISOLDE sviluppata dal CERN Il componente principale della sorgente MKI la hot cavity un tubicino in tungsteno al cui interno avviene la ionizzazione HOT CAVITY BUSH SUPPORT Figura 1 8 Architettura sorgente di ionizzazione MK1 La hot cavity dotata di un opportuno invito conico viene accoppiata per interferenza al foro centrale del supporto support in tantalio la gestione delle tolleranze tale da impedire qualsiasi movimento relativo tra 1 due componenti Dall altra parte il collegamento con la linea di trasferimento avviene per mezzo di un tappo bush in tantalio sul quale vanno in battuta sia la linea di trasferimento sia la hot cavity Le elevate temperatura raggiunte dalla sorgente di ionizzazione in condizioni di utilizzo fanno si che 1 componenti si saldino tra loro Tra supporto e flangia principale viene interposto uno schermo screen in tantalio si tratta di un componente fondamentale per l estrazione degli isotopi radioattivi Surface Ion Source Attraverso la Surface Ion Source la ionizzazione causata dallo strisciamento degli isotopi radioattivi provenienti dal target sulla superficie interna della hot cavity A causa di tale strisciamento gli isotopi cedono un elettrone
68. ipali che costituiscono la facility SPES per la produzione di fasci di ioni esotici Jon source HW platform 7 Proton driver scHlomic separator lsobaric Post separator u j Accelerator e Charge Breeder u piave S TIV platform ALPI Figura 1 12 Rappresentazione schematica della facility SPES Si ricorda che la corrente finale del fascio radioattivo dipende dall efficienza di molti processi chimici fisici complessivamente ci si aspetta alle sale sperimentali un fascio avente un rapporto di circa 10 10 isotopi s molto inferiore alle 10 fissioni s date dalla fissione nucleare Il diagramma di Figura 1 13 mostra l intensit del fascio radioattivo calcolata tenendo conto delle efficienze di emissione di ionizzazione e di accelerazione per diverse specie di isotopi intensity sec 1 Accelerated RIB beams 1 00E 10 1 00E 09 1 00E 08 1 00E 07 1 00E 06 1 00E 05 1 00E 04 1 006 403 1 00E 02 1 00E 01 Il 006400 T T T T 1 T T i r 80 90 100 110 120 130 140 150 mass Figura 1 13 Intensit finale del fascio calcolata tenendo conto delle efficienze di emissione di ionizzazione e di accelerazione per diverse specie di isotopi 15 Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro 1 3 Applicazione dei fasci di ioni esotici I fasci di ioni esotici hanno suscitato nel corso degli ann
69. isure del FE P SCRITTURA 21 scrittura delle misure del target 31 scrittura delle misure del deflettore 41 scrittura delle misure del tripletto 51 scrittura delle misure del FE P 100 aggiunta di un commento in calce al file 5 6 Operazioni sul target Le operazioni che si devono effettuare sul target comprendono l impostazione delle rampe da tastiera la scrittura dei valori delle rampe nelle relative PV EPICS il monitoraggio delle stesse nelle fasi di heating valori delle rampe crescenti e rampdown valori delle rampe decrescenti 70 Capitolo 5 Sviluppo del sistema di controllo del Front End SPES Sono coinvolte diverse grandezze la maggior parte di esse costituita da correnti anche molto elevate con la funzione di riscaldamento del target per effetto joule Esse sono le seguenti TARGET 1 HEATER 4 alimentatori in parallelo LALA B attesa Imax 1320 A scrittura dei valori desiderati in V 10V PV EPICS monitoraggio delle PV P 14kW inizio RD impostazione come 0 dei nuovi valori da raggiungere RD monitoraggio delle PV termine del ciclo SENZA errore Imax 660 A termine del ciclo CON errore V 15V P 9kW 2 LINE 3 alimentatori in parallelo 3 OWEN un alimentatore Imax 110 A V 30V P 3kW 4 MAGNET un alimentatore Imax 50 A V 30V P 1 5 kW 5 ANODE tensione un alimentatore Vmax 300 V I 5A P 1 5kW Un ulteriore grandezza da considerare in questo sottosistema i
70. iusura effettua comunemente azioni di ripulitura 32 Capitolo 3 Il sistema di controllo LabVIEW Le macchine a stati sono comunemente usate per creare interfacce utente In queste azioni diverse dell utente inviano l interfaccia utente in differenti segmenti di processo Nella macchina a stati ogni segmento di processo agisce come uno stato Ogni segmento pu condurre ad un altro segmento per un ulteriore processo o attendere un altra azione dell utente mentre la macchina a stati monitora costantemente l utente sull azione seguente da intraprendere La verifica del processo un altra applicazione comune dello schema progettuale della macchina a stati In una verifica di processo uno stato rappresenta ogni segmento del processo A seconda dei risultati della prova di ogni stato potrebbe essere chiamato uno stato diverso Questo pu accadere continuamente dando come risultato un analisi in profondit del processo che si sta verificando Il vantaggio di usare una macchina a stati che una volta creato un diagramma di transizione di stato si possono facilmente costruire dei VI in LabVIEW La traduzione del diagramma di transizione di stato in uno schema a blocchi richiede 1 seguenti componenti infrastrutturali while loop esegue continuamente 1 vari stati implementando il flusso del diagramma di transizione di stato case structure contiene una condizione per ogni stato ed il codice da eseguire per ogn
71. ma di controllo SPES 19 Ha infatti il delicato compito di unificare sotto un architettura il pi possibile omogenea vari sottosistemi dai diversi livelli di complessit e sicurezza realizzati in base a ci con differenti tecnologie hardware e software sistema di controllo una componente fondamentale per l operativit della facility Per sviluppare il sistema di controllo SPES stato scelto il linguaggio di programmazione EPICS come struttura base La motivazione principale che EPICS indipendente dall hardware usato in molti acceleratori nel mondo ed ben supportato da un ampia comunit di sviluppatori Ci non implica che tutti gli hardware di controllo usino EPICS ma che tutte le variabili di processo PV Process Variable che necessitano di essere condivise tra diversi sottosistemi possano essere rese accessibili attraverso l infrastruttura della rete EPICS detta Channel Access Come regola generale si deciso di utilizzare dei PLC nei sottosistemi in cui la sicurezza ha una notevole rilevanza ed utilizzare IOC Controllori di Input Output per la strumentazione relativa ad accelerazione ed ottica del fascio In base a questo cristerio Un sistema basato su PLC provvede ad un controllo veloce ed altamente affidabile su vuoto raffreddamento ad acqua flusso di gas e sicurezza del personale Nei sistemi basati sui PLC sono utilizzati dei touch screen per realizzare localmente l interfaccia uomo macc
72. mental data TCN CAE s n 2008 7 G Prete A Covello SPES Technical Design Report Online 2008 http www Inl infn 1t spes TDR2008 tech_design08 index htm 8 Radioactive isotopes in solid state physics Deicher M 3 s l Europhysics News 2002 Vol 33 9 Online http wikipedia org 10 A Pisent P Colautti J Esposito L De Nardo V Conte D Agosteo G Jori P A Posocco L B Tecchio R Tinti G Rosi Progress on the accelerator based SPES BNCT project at INFN Legnaro Journal of Physics Conference Series 2006 Vol Volume 41 11 APPLICAZIONI DI FISICA NUCLEARE IN RADIOTERAPIA E DIAGNOSTICA MEDICA Tinti R C R Casaccia s n 2003 12 Agosteo S et al Advances in the INFN Legnaro BNCT Project for Skin Melanoma Proc of Int Physical and Clinical Workshop on BNCT Candiolo Torino February 7 2001 13 Kirchner R Nucl Inst Meth B 126 135 140 1997 14 Zhang Y Nucl Instr and Meth in Phys Res A 521 72 107 2004 15 Alton G D Applied Radiation and Isotopes 64 1574 1603 2006 16 Lau C Nucl Instr Meth in Phys Res B 204 246 250 2003 79 Bibliografia 17 Stracener D W Nucl Instr Meth in Phys Res A 521 126 135 2004 18 Manuale D installazione Uso e Manutenzione Forno Per Trattamenti Termici ad Alto Vuoto 2007 19 L Costa M Giacchini R Izsak J Vasquez E Bindi M Montis A Andrighetto G Bassato P Benetti L Biasetto M Manzolaro
73. mentazione del generatore di potenza del gruppo di pompaggio a vuoto e dell eventuale strumentazione necessaria per il funzionamento la gestione e il controllo della macchina Prevede una scatola di derivazione per il collegamento tra la linea e l alimentazione della macchina Pirometri ottici Si tratta pirometri a infrarosso Ircon Modline 5 R 3015 alimentati in c c 24V per la misura di temperatura scala da 1000 a 3000 gradi C Termometro Si tratta di un termometro a termocoppia con campo da 0 a 2000 C PLC Si tratta di un PLC Compact Field Point della National Instrument Necessario per il controllo software di tutto il sistema connesso al PC tramite lo switch di rete Per evitare intromissione da parte di terzi si sta per progettando di connettere direttamente PC e PLC mediante cavo cross Al PLC sono collegati tutti gli strumenti sovraelencati oltre a segnali di interlock che tengono informazioni sullo stato di sicurezza del sistema in primis segnalatori di vuoto e flusso d acqua Figura 2 5 Nel PLC inoltre caricato ed eseguito 11 programma che gestir l intero sistema Scheda di memoria ff COM1 Edwards ff Cavo Ethernet SA COM2 Lambda cFP DIO 550 Segnali di failure CFP AIO 610 Water Vacuum i Lambda 2 Tamneratiira Figura 2 5 Connessione degli strumenti al PLC 28 Capitolo 3 Il sistema di controllo LabVIEW Capitolo 3 Il sistema di controllo LabVIEW 3 1 Il siste
74. mmatore LabVIEW e nel codice LabVIEW Inizializzazione LabVIEW avvia VIOC utilizzando un file di comando e registra gli eventi che deve ricevere L IOC a questo punto si avvia e crea le variabili shared memory basandosi dal file db generato dal GetPVs Successivamente il GetPVs trover e memorizzer gli indici delle variabili in variabili globali LabVIEW A questo punto l interfaccia shared memory stata stabilita ed il programma LabVIEW pu continuare 3 3 4 Conclusioni L interfaccia Shared Memory fornisce una connessione tra l applicazione LabVIEW ed il sistema di controllo basato su EPICS Il programmatore LabVIEW dispone di una serie di software da utilizzare nello sviluppo di applicazioni LabVIEW EPICS e non cos necessario conoscere l IOC EPICS per avere un sistema funzionante Utilizzando l Interfaccia Shared Memory ogni applicazione del PC pu essere resa disponibile al Channel Access con 1 pieni benefici che si possono avere con il supporto di record EPICS 37 Capitolo 3 Il sistema di controllo LabVIEW 38 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni 4 1 Introduzione sistema di controllo dei forni di produzione prevede l utilizzo di un interfaccia grafica creata in LabVIEW che operi in modo tale da leggere dalla scheda di memoria del PLC le rampe tabelle indicanti valori di corrente e tensione da imporre all alimentatore
75. ndo il SetVI SecondLambda e la creazione del relativo indicatore sul pannello frontale che prelevi lo status di errore dal subVI utilizzato In questo stadio sono inoltre inizializzate le due nuove variabili globali relative agli indirizzi in cui Impostare rispettivamente tensione e corrente Output 0 ed Output 1 nella scheda analogica cFP AIO 610 Quando in seguito vengono caricati e controllati 1 file di rampa per la creazione delle variabili di Carburizzazione e Rampdown case 1002 1003 viene utilizzato il nuovo RampsCheck2Lambda vi Parallelamente sono stati aggiunti sul pannello frontale 1 campi riportanti 1 valori massimi di tensione relativi al secondo alimentatori riportati nei file di rampa Figura 4 15 2006 03 26 _DOVIS CKE Figura 4 15 pannello frontale verifica del file di Rampdown 2 Fase di acquisizione dati In fase di acquisizione dati ad ogni step necessaria l estrazione del relativo valore della rampa da inviare all alimentatore In questo contesto nei casi 620 630 720 730 stato inserito il RampExtractor2Lambda 57 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni Come affermato precedentemente data la configurazione hardware prevista per il controllo da remoto dell alimentatore di linea non possibile ricevere da tale alimentatore alcuna informazione circa il suo stato reale Non si possono dunque monitorare da PLC 1 valori di tensione e corrente realmente agenti ma unicamente osserv
76. necessaria la modifica di uno specifico VI 4 2 2 4 StoreMeasuresTwoPyros_conductivity vi VI dedito alla creazione e scrittura del file di misure ottenuto attraverso la modifica del precedente StoreMeasuresTwoPyros vi con l aggiunta dei campi relativi a conducibilit calore potenza StoreMeasuresTwoPyros_conductivity yi Comment Measure file path CarburizationTred Function 0 1 2 error out Failure error in t Figura 4 8 StoreMeasuresTwoPyros_conductivity vi icona e connessioni Fornendo come ingresso Function un numero da 0 a 2 possibile eseguire diverse funzioni 0 creare un nuovo file con l intestazione relativa ad ogni colonna Nello schema riportato qui sotto sono elencate le intestazioni che compariranno in ogni colonna attraverso la scrittura della stringa bordata in rosa nel file di testo I caratteri speciali s e t rappresentano rispettivamente spazio e tabulazione Measures Time min RealTime min Measures Time s min tRealTime s min tVolta ge s V tCurrent s A tVac Chamberl s mBar t Vac PreChamber s mBar tThermocouple s C tPyro_ A_Temp s s C tPyro A_Emis s tPyro _B_Temp s s C tPyro B_Emis tConductivity Voltage V Current A Vac Chamberl mBar Vac PreChamber mBar Thermocouple C Pyro A Temp C Pyro A _ Emis ontenuti nel Pyro B_Temp C cluster Pyro B_ Emis CarburizationTred Conductivity _A W m 1 K 1 Conductivity _B W m 1 K 1 Heat_A W m 2 Heat_B W
77. nergia necessaria per far compiere all elettrone pi esterno dei salti quantici verso orbitali pi esterni fino alla separazione dall atomo In questo modo si ha la formazione di uno ione positivo 1 La tecnica di ionizzazione RILIS permette di acquisire soltanto ioni radioattivi della specie di interesse Si pu dunque ottenere un fascio in cui le contaminazioni sono minime In ogni caso data l architettura della sorgente sussiste la possibilit che alcuni elementi in particolare il Cesio vengano ionizzati per strisciamento sporcando cos il fascio Per ovviare a tale inconveniente si pu pensare di sostituire il materiale costituente la hot cavity passando al Niobio la ionizzazione superficiale viene notevolmente attenuata 12 Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro ELECTRODE ION SOURCE Pr Te le TA TARGET Figura 1 9 schematizzazione del sistema di ionizzazione RILIS Per garantire un elevata efficienza di ionizzazione di fondamentale importanza limitare e controllare il disallineamento della hot cavity causato dall espansione termica Se la hot cavity si disallinea viene a ridursi la zona di azione del laser e di conseguenza anche l efficienza di ionizzazione Figura 1 10 Figura 1 10 allineamento della hot cavity Di seguito viene riportata una tavola periodica degli elementi nella quale vengono indicati in rosso gli elementi di cui attraverso il
78. noltre la posizione dell estrattore essa viene impostata solamente da PLC ed in LabVIEW pu essere solamente monitorata Lettura delle rampe Lo stato iniziale della macchina di Moore relativa al target 200 uno stato di attesa input visibile in caso si selezioni il pulsante che porta alla finestra del target Qui possibile inserire 1 valori di tensione e corrente da raggiungere ed il tempo in cui farlo Figura 5 6Errore L origine riferimento Set Ramps non stata trovata al target A a Time target i da notare Figura 5 7 che alle stringhe 9 is y seconds seconds minutes hour sono associati ay Line la a we rispettivamente 1 valori 1 60 3600 cio 1 valori DE 74 5 hours che l l ra i permettono la conversione in secondi di ogni Imagnet A Ti i Time magnet aN AI 1 ane unit di misura considerata J5 J6 minutes I oven A Time oven A 3 CI T S z seconds anode Y Time anode 1 x Fa rg z 10 o seconds Figura 5 6 target impostazione da tastiera delle rampe 71 Capitolo 5 Sviluppo del sistema di controllo del Front End SPES Ring Properties time oven unit f _ Appearance DataType Data Entry Display Format Edit Items Documenta 4 Sequential values seconds hours Move Up Move Down Allow undefined values at run time Figura 5 7 propriet delle stringhe di unit di misura del tempo Impostazione delle rampe In seguito alla sel
79. nte alimentatore esterno e da PC Operando mediante alimentatore esterno si fa svolgere a questo la funzione che in seguito verr effettuata dal modulo del PLC impostazione di tensione per pilotare 1 canali dell alimentatore Operando invece da PC si fa utilizzo del software Measurement amp Automation Explorer per pilotare le uscite del modulo del PLC Utilizzando questo software infatti possibile scrivere direttamente nei canali Output 0 ed Output 1 relativi al controllo di tensione e corrente In Figura 4 11 mostrata la schermata di MAX in cui svolta tale operazione Questo stesso metodo sar inoltre utilizzato nel programma di gestione del sistema del forno impostando un valore di tensione da 0 a 5 V possibile ottenere o tensione da0 a 10V necessario dunque dividere per 2 il valore di tensione desiderato prima di scriverlo sul canale Output 0 o corrente da 0 a 1000A necessario dunque dividere per 200 il valore di corrente desiderato prima di scriverlo sul canale Output 1 Nella tabella e nel grafico riportati di seguito Figura 4 12 sono indicati 1 valori ottenuti mediante il controllo di Output 1 attraverso MAX Dall equazione della retta di tendenza f x 0 99x 0 24 e dal valore unitario della correlazione R tra il valore desiderato e quello letto dallo strumento possibile constatare l esecuzione corretta dell operazione 53 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni E cFP AIO 610 2
80. nti di spettroscopia atomica si usano fasci radioattivi di bassa energia e luce laser collineata per la determinazione della distribuzione di tutti 1 nucleoni vengono invece impiegati fasci radioattivi ad alta energia 17 Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro Produzione di elementi superpesanti Gli elementi naturali sono circa 90 dall Idrogeno all Uranio negli ultimi anni l utilizzo di reazioni di fusione nucleare ha permesso la sintesi di nuovi elementi di elevato peso atomico estendendo 11 numero dei costituenti della Tavola Periodica sino all elemento avente numero atomico 112 e prospettando un ulteriore estensione a 116 Questi elementi in particolare in cui si presenta una fortissima repulsione coulombiana sono chiamati superpesanti Pare che riescano a formarsi attorno alla cosiddetta Isola di Stabilit una combinazione di 114 protoni e 184 neutroni che sembra garantire la stabilit del nucleo La recente disponibilit di fasci intensi costituiti da nuclei instabili ricchi di neutroni n rich accoppiati a target stabili anch essi ricchi di neutroni potrebbe sbarrare definitivamente la strada ad uno studio e ad una indagine accurata di tale fenomeno 1 3 2 Applicazioni in fisica dello stato solido La tecnica Radio Tracer Diffusion nata nel 1920 consiste nell impiantare all interno di un sistema solido dei nuclei radioattivi e di studiarne il decadimento rilevando le part
81. o schema seguente riporta le varie tappe del metodo utilizzato METODO DI CALIBRAZIONE DELLA TERMOCOPPIA Misure su di un provino sottile Tp T Calibrazione della termocoppia correlazione di gradiente di temperatura e temperatura della termocoppia in base ai dati raccolti Misure su di un provino spesso Usando la t calibrazione della cai oi termocoppia si ottiene la Thottom Tin T Tin temperatura approssimata della superficie inferiore Th 7 h h Definizione della conducibilit termica come funzione della temperatura media Tm i A Maig a iii T ss const 323 15 K g o E Then Tico T _ icona Ash 42 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni 4 2 2 Realizzazione del software In tale ambito richiesta una modifica del software di gestione del forno relativo ai test sui materiali Figura 4 2 in modo tale da provvedere in fase di monitoraggio al calcolo della conducibilit ed all aggiunta di tale valore nel file di misure A PAA Si resa utile a tale scopo la creazione di due subVI e la modifica del programma principale e del VI di scrittura del file di log I nuovi subVI creati sono destinati uno al calcolo della conducibilit l altro al calcolo della pirometri Conductivity vi e 2pyros_conductivities vi Il programma principale ed il VI di scrittura del file di log sono rispettivamente Prototype CFP conductivity vi e StoreMeasuresTwo
82. o tale da non poter pi garantire la stabilit del nucleo Attraverso calcoli teorici si dimostrato che al di fuori delle drip lines 1 nuclei emettono nucleoni molto rapidamente per formare nuovi nuclei con combinazioni di protoni e neutroni tali da poter rientrare nell area di potenziale stabilit nella quale l interazione forte nuovamente capace di garantire il grado di coesione necessario La regione indicata in verde ancora inesplorata definita terra incognita Essa caratterizzata dalla presenza di nuclei radioattivi con rapporti N Z molto piccoli o molto grandi dalla figura possibile notare che l area proton rich ben definita teoricamente mentre quella neutron rich molto pi vasta ed indefinita Come si osserver nei paragrafi successivi lo studio dei nuclei instabili in particolare dei nuclei esotici ha aperto nuovi campi di ricerca in fisica nucleare permettendo di confermare precedenti ipotesi di fondamentale importanza e suggerendo promettenti applicazioni nel campo della fisica dello stato solido ed in campo medico Per l utilizzo pratico e la produzione di ioni radioattivi di questo tipo necessaria la costruzione di sistemi acceleratori ed attrezzature facilities capaci di garantire fasci ionici RIB Radioactive Ion Beams di elevata purezza intensit ed energia Numerose sono le facilities dedicate alla produzione di fasci radioattivi operanti sia in Europa che in altre parti del mon
83. ocessi In questo stato 69 Capitolo 5 Sviluppo del sistema di controllo del Front End SPES viene inizializzato lo stato iniziale di ogni macchina di Moore corrispondente ad ogni sottosistema che si avvier al termine del ciclo corrente case 103 in seguito alla propagazione del cluster di errore In questo stato sono inoltre creati 1 percorsi ed 1 file di misure relativi ad ogni sottosistema Tali file memorizzati come D MEASURES SOTTOSISTEMA sottosistema_ data ora txt sono creati e gestiti dal seguente subVI 5 5 1 2 StoreMeasuresFE vi StoreMeasuresFE vi stato creato per la creazione e la scrittura dei file di misure per ogni sottosistema Esso analogo al VI utilizzato nel programma di gestione dei forni sono state aggiunte alcune funzioni per renderlo consono all ambiente in cui inserito StoreMeasuresFE yi Comment Measure file path Function error cut Figura 5 5 StoreMeasuresFE vi icona e connessioni In ingresso riceve indirizzo del file di misure relativo al sottosistema desiderato e un numero indicante la funzione da eseguire In caso si voglia fare utilizzo della funzione di scrittura necessario fornire come ingresso anche il cluster contenente le misure da scrivere Le funzioni eseguite dal VI sono CREAZIONE 20 creazione del file di misure del target 30 creazione del file di misure del deflettore 40 creazione del file di misure del tripletto 50 creazione del file di m
84. one in grado di condurre energia elettrica e termica e di raggiungere temperature molto elevate COPPER CLAMP HEATER _ TANTALUM WINGS HEATER TANTALUM TUBE D PRIMARY Li IEAM E DIRECTION GRAPHITE 30X UG DISCS Figura 1 5 Rappresentazione del prototipo di bersaglio diretto del progetto SPES Il processo di fissione nucleare che si manifesta quando 1l fascio di protoni investe 1 sette dischi in carburo di uranio produce nuclei radioattivi aventi massa compresa tra gli 80 ed 1 160 uma per la produzione di un RIB la specie esotica desiderata deve essere estratta dal target e ionizzata Tale processo richiede del tempo e non pu essere applicato ad isotopi aventi una vita media inferiore a poche decine di millisecondi Il processo di estrazione avviene lungo la linea di trasferimento transfer line attraverso la quale gli isotopi in uscita dal target vengono indirizzati verso la sorgente di ionizzazione ion source dove sono ionizzati positivamente ioni 1 Nell attuale configurazione la linea di trasferimento un tubo sottile di tantalio saldato al riscaldatore Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro ad un estremit e connesso meccanicamente alla sorgente di ionizzazione all estremit opposta Figura 1 6 Come accade per il riscaldatore anche il sistema linea di trasferimento sorgente di lonizzazione viene riscaldato mediante dissipazione di potenza per eff
85. one 11 bit Perci il minimo step di corrente impostabile corrisponder a 1000 we 0 488 A analogamente il minimo step di tensione impostabile sar di 10 Vy g11 0 0024 V stato rilevato e segnalato all azienda fabbricatrice un problema hardware relativo a questo modulo all accensione per pochi istanti eroga una tensione corrispondente al proprio fondo scala Non certo un problema irrilevante considerando che la tensione erogata corrisponde ad un segnale di controllo di tensione e corrente per l alimentatore che vengono quindi portati bruscamente ai valori di fondo scala 10 V e 1000 A Si fatto pertanto realizzare il ritardo dell abilitazione degli alimentatori rispetto all alimentazione del PLC ricavato tramite rel alimentato in parallelo al PLC stesso Aprendo lo sportellino in cui contenuto il PLC l alimentazione tolta il rel si diseccita ed il controllore vedendo ci toglie il consenso di erogazione agli alimentatori Alla richiusura dello sportellino tale consenso viene riconcesso dopo 60 secondi La situazione inoltre segnalata sul touch screen del controllore mediante un indicatore che passa da rosso mancanza consenso a verde PLC acceso trascorsi 60 secondi 4 3 1 Controllo da remoto In seguito all impostazione del sistema si proceduto con alcuni test sperimentali volti al verificare l effettiva possibilit di controllare i canali dell alimentatore di linea da remoto media
86. one a bassa potenza stato testato sull acceleratore CN INFN LNL stato costruito un prototipo micro dosimetrico e testato con neutroni termici al reattore TAPIRO ENEA Acacia Inoltre al reattore TAPIRO un gruppo interdisciplinare sta portando avanti un intenso programma di ricerca che comprende test in vitro ed in vivo di nuove molecole di carrier sotto irradiazione di neutroni termici 1 3 4 Applicazioni in astrofisica 1 L astrofisica nucleare gioca un ruolo fondamentale nella comprensione della struttura evoluzione e composizione dell Universo e dei suoi costituenti Le stelle generano energia attraverso reazioni nucleari coinvolgenti sia nuclei stabili che radioattivi A volte il consumo del carburante nucleare procede stabilmente e dura bilioni di anni altre volte esplosivo e dura pochi minuti o pochi secondi Nelle differenti fasi della consunzione delle stelle vengono sintetizzati nuovi elementi chimici sia tramite processi di nucleosintesi che seguono strettamente la valle di stabilit sia attraverso processi che si svolgono in un territorio sconosciuto Per sviluppare un modello che descriva il meccanismo di nucleosintesi necessario misurare le rese delle reazioni nucleari relative ai principali cicli astrofisici e le caratteristiche di decadimento di molti nuclei tuttora sconosciuti Queste essenziali informazioni includono 1 tempi di vita le masse ed 1 principali canali di decadimento di un nume
87. oni differenti in particolare si possono avere sorgenti con ionizzazione superficiale sorgenti laser RILIS sorgenti al plasma FEBIAD o la sorgenti ECR Electron Cyclotron Resonance Introduzione Gli ioni prodotti dalla sorgente di ionizzazione vengono accelerati da un elettrodo estrattore electrode realizzato in lega di titanio il quale viene mantenuto ad una differenza di potenziale di 60 kV rispetto alla sorgente Lo studio della distribuzione di temperatura e delle deformazioni termiche presenti nei componenti che costituiscono il target la linea di trasferimento la sorgente di ionizzazione e l elettrodo estrattore assai complesso Per tale motivo 1 Laboratori Nazionali di Legnaro hanno avviato delle strette collaborazioni con l ENEA Bologna 1 Dipartimenti di Ingegneria dell Informazione di Ingegneria Meccanica e di Scienze Chimiche dell Universit degli Studi di Padova il CERN Svizzera ed 1 Laboratori di Oak Ridge USA Il presente lavoro si inserisce in quest ambito con il proposito di sviluppare un efficace sistema di controllo che possa accompagnare attraverso un interfaccia grafico di facile comprensione da parte dell utente finale le varie fasi del processo sia on line che off line sia nei test preliminari Per poter fare questo si ricorso all uso del linguaggio di programmazione LabVIEW Come verr esposto in questa relazione 1 software possono essere realizzati per comunicare dirett
88. oni vengono post accelerati al livello di energia richiesto dal particolare esperimento Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro L intensit del fascio radioattivo prodotto usualmente descritta dalla seguente equazione I 0 P N e1rE2 83 Dove e o la sezione d urto per le reazioni nucleari l intensit del fascio primario N lo spessore del target g1 l efficienza di rilascio del target e2 l efficienza di ionizzazione 83 l efficienza del processo di estrazione Una corretta configurazione del complesso target sistema di estrazione e ionizzazione cruciale per un efficiente funzionamento di una facility di tipo ISOL Gli obiettivi che stanno alla base del dimensionamento sono la riduzione del tempo di ritardo la massimizzazione della produzione senza deterioramento della purezza del fascio La separazione dei prodotti radioattivi dal substrato del target e l estrazione dei nuclei esotici sono processi fortemente dipendenti dalla temperatura In particolare la diffusione delle particelle risulta accelerata all aumentare del livello termico Chiaramente pi breve la vita media degli atomi radioattivi pi rapido deve essere il tempo di rilascio e di conseguenza per quanto appena affermato il sistema deve essere mantenuto alla pi alta temperatura possibile In ambito europeo le opportunit scientifiche offerte dai RIB ed 1 notevoli problemi tecnologici ad
89. orta alla do Start hiusur ll intero programma in i Il Back FE P chiusura dell intero programma seguito alla Back Deflector Menu principale del selezione dello stop button Back Triplet FE R selezione di tutti 1 possibili pulsanti 5 4 Uscita dal programma stop button e controllori correlati Lo stop button pulsante selezionabile dal pannello frontale permette di terminare tutti 1 cicli con l azzeramento di tutte le variabili in uso e di chiudere tutte le connessioni con gli strumenti Il suo valore pu essere variato sia se selezionato da pannello frontale sia se modificato dalla selezione di altri pulsanti che implicano l uscita dal programma come il pulsante di 67 Capitolo 5 Sviluppo del sistema di controllo del Front End SPES Decline nel disclaimer iniziale o l Exit selezionabile in seguito ad un errore conseguito nel rilevamento delle condizioni di sicurezza iniziali Per evitare che la selezione accidentale dello stop button provochi il termine del programma alla sua selezione fatto seguire l apparire di una finestra di domanda in cui chiesta una conferma riguardo l operazione da eseguire In caso si sia davvero deciso di terminare il processo verr modificata la variabile stop responsabile della chiusura di tutti i cicli Tale funzione lr o p svolta all interno del ciclo di i controllo il particolare in CTER Figura 5 3 E In Figura 5 4 in
90. ory L interfaccia Shared Memory SMI ha tre componenti una DLL un dispositivo IOC di supporto ed una libreria LabVIEW Di per s la DLL non dipendente da EPICS o LabVIEW e pu dunque essere usata senza di loro I dati sono equalmente condivisi dalle applicazioni collegate alla DLL Pa Fo ce i a t fi LabVIEW n idDatal pn i tin altForInterrupt DI i Application i OC CreaieDR Wire Scanner etindexByNamel Entry f BPMetc gt E PF 60OUCO me 3 T ioc 2 i E database mrena ni CA j WriteDatal Y L bile i L Li CO Ha si ee pier e ep pi ScetInterrupt DBD and DE files Figura 3 25 L interfaccia Shared Memory In Figura 3 25 si pu vedere come la DLL connetta LabVIEW ad EPICS utilizzando un interfaccia comune Oltre a provvedere lettura e scrittura di dati la DLL permette anche di organizzare gli eventi un applicazione pu inviare il segnale che abiliti il processo dei dati ad un altra applicazione in fase di attesa La DLL supporta due modalit di operare 1 dati possono essere condivisi in modo Asincrono Sincrono Tutti 1 dati possono essere letti in modo asincrono dalla DLL ma solo 1 dati inseriti nella DLL come sincroni possono essere letti in modo sincrono La struttura dei dati all interno della DLL utilizza una serie di buffer anche per dati asincroni In modalita asincrona 1 dati sono sempre letti dall ultimo
91. ottimizzare il rapporto dose al tumore dose al tessuto sano L applicazione SPES BNCT sar la principale utilizzatrice interdisciplinare della facility SPES Tale struttura utilizza l intenso raggio protonico fornito dalla prima fase di accelerazione SPES P RFQ attraverso una reazione p n in un target di Berillio La fonte di neutroni fornita viene quindi rallentata fino ad un livello energetico termico mediante un opportuno dispositivo per la traslazione dello spettro Questo per fornire nel punto di irraggiamento del raggio un flusso termico di neutroni di almeno 10 cm s richiesto per il trattamento del paziente Attraverso tale facility si preveder di analizzare il trattamento del melanoma cutaneo pigmentato 12 I punti focali a cui volto il programma di ricerca sono principalmente il progetto dell impianto d irradiazione dei neutroni lo sviluppo di un nuovo trasportatore al Boro ed un nuovo sistema di monitoraggio della dose biologica on line su tessuti tumorali e sani 21 Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro 5 MeV 30 mA Gamma shield Graphite 4 Alluminum container TRIPS Berillium target BNCT facility Litiumcotimator Figura 1 18 schema della facility di irradiazione SPES Nel frattempo stato testato su di un fascio di elettroni un prototipo di convertitore ad alta potenza fatto in berillio stato testato anche un impianto di dimostrazi
92. passare di schermata in schermata Cicli macchina di Moore 1 Operazioni iniziali 2 Operazioni sul target 3 Operazioni sul quadripolo parte del FE R 4 Operazioni sul tripletto parte del FE R 5 Operazioni sul Front End Protonico Tutti questi cicli terminano in caso di selezione del pulsante di stop stop button presente sul Pannello Frontale 11 quale porta all azzeramento di tutte le variabili in uso e alla chiusura di tutte le connessioni con gli strumenti in modo di assicurare una maggiore sicurezza del sistema A maggior ragione tale operazione dev essere svolta in tutti 1 cicli relativi ai sottosistemi in caso si riscontri un errore critico Nello schema sottostanti sono riportati la struttura del programma e gli specifici stati caratterizzanti ogni ciclo OPERAZIONI INIZIALI STATO FUNZIONE 100 disclaimers TARGET FUNZIONE attesa scrittura dei valori desiderati in PV EPICS monitoraggio delle PV inizio RD impostazione come 0 dei nuovi valori da raggiungere RD monitoraggio delle PV termine del ciclo SENZA errore termine del ciclo CON errore CICLO DI CONTROLLO DEFLETTORE FUNZIONE attesa 102 controllo dei segnali 103 sistema pronto 1001 avviso rilevato errore nel controllo dei segnali impostazione e lettura delle PV termine del ciclo SENZA errore termine del ciclo CON errore TRIPLETTO FUNZIONE attesa impostazione e lettura delle PV termine del ciclo SENZA errore termine del ciclo CON er
93. pende dallo stato del relativo switch se attivato fa illuminare il corrispondente indicatore e permette di impostare tensione e corrente sul canale altrimenti queste due variabili restano a zero prevista inoltre la presenza di un indicatore transitorio regime variabile booleana di valore falso quando in transitorio vero quando a regime Indica se il valore attuale di tensione impostata corrisponde al valore precedente In Figura 5 13 rappresentata parte del pannello frontale della finestra relativa al deflettore sono ben distinguibili 1 quattro canali con relativi switch indicatori e controllori di tensione e corrente La igura 5 13 particolare del pannello frontale del deflettore Per la realizzazione mediante macchina a stati si permane nello stato iniziale 300 fino al momento in cui non viene attivato uno switch In seguito alla prima attivazione di 75 Capitolo 5 Sviluppo del sistema di controllo del Front End SPES switch si procede alla scrittura delle PV relative ai valori da impostare negli alimentatori case 301 Figura 5 14 se lo switch relativo spento si scrive 0 se acceso si scrive il valore impostato Tutti 1 valori da Impostare vengono raggruppati in un unico array e dati in ingresso ad un subVI specifico DEFLECTOR write vi In seguito alla scrittura prevista la lettura di tutte e sedici le variabili relative a tensioni e correnti degli alimentatori A questo scopo si ricorre al subVI
94. po e step controllo del tempo scrittura di tensione e corrente inserimento di un commento inserimento automatico del commento di step Init Disclaimers controllo delle comunicazioni del sistema carica e controllo della curva di carburizzazione carica e controllo della curva di rampdown inserire indirizzo del file Measure Log creazione del file di misure impostazione dello slope di UN pirometro impostare manualmente V 1 0 impostazione dello slope di DUE pirometri accensione degli strumenti verifica del file di rampa Esci Riguardo al calcolo della conducibilit intervento stato volto all inserimento di una schermata d interrogazione all operatore riguardo il calcolare o meno la conducibilit con conseguente Impostazione di parametri quali coefficienti lineari e spessore del target Si intervenuto inoltre per provvedere all aggiunta di indicatori e grafici nel pannello frontale e di nuovi campi nel file di misure 47 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni l interrogazione sul calcolo della conducibilit inserimento dei parametri da tastiera Nelle operazioni svolte preliminarmente quali controlli ed inizializzazione di variabili in seguito all impostazione da terminale dello slope del i pirometri case 1006 1008 il programma non procede pi immediatamente all acquisizione dei dati case 600 ma previsto l indirizzamento verso la schermata in cui viene chiesto all utente se
95. possono essere individuati Target Front End Radioattivo FE R o Deflettore o Tripletto Front End Protonico FE P In ogni sottosistema avvengono diversi processi Tali sottosistemi devono operare contemporaneamente in modo indipendentemente l uno dall altro eccezion fatta nel caso si rilevi un errore critico per il sistema caso in cui necessario l arresto di tutte le operazioni in corso Front End Radioattivo gt L 2 k t r L iie i T ji a N a B F 4 ine Ls by AN x 3 r N i h z Oe j jig S L oe IC a4 i es S a ni e 5 n Toa i a f 4 ck ra di Crean S s i o i F fi ha ce ee Sca L O noi Q tati Dic cis Eo h Ts N n i e Front End Protonico 65 a 5 1 Architettura del Front End SPES Capitolo 5 Sviluppo del sistema di controllo del Front End SPES 5 2 Realizzazione del software Il software richiesto descritto in questo capitolo stato creato ed interamente realizzato durante l esperienza di tirocinio Il programma pu essere suddiviso in due parti fondamentali le verifiche di sicurezza e le impostazioni iniziali e l avvio vero e proprio dei processi dei vari sottosistemi E importante inoltre garantire l indipendenza di lavoro tra target quadripolo tripletto FE P Per tali motivi il programma principale stato impostato su cinque cicli sul modello della macchina di Moore ed un ciclo di controllo che permette in ogni momento di
96. progetto SPES possibile la produzione degli isotopi In particolare sono evidenziati gli isotopi che possono essere prodotti con le tecniche di ionizzazione superficiale laser o entrambe per la produzione degli altri isotopi si dovr ricorrere ad altri tipi di sorgente come ad esempio la sorgente al plasma FEBIAD o la sorgente ECR La prima in grado di ionizzare qualsiasi tipo di elemento anche se con efficienze minori rispetto alle tecniche laser e superficiale mentre la seconda particolarmente adatta alla produzione di elementi aventi un potenziale di ionizzazione molto elevato come 1 gas nobili di grande interesse per le applicazioni nucleari 13 Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro Positive Surface lonization He B C N O F Ne Laser lonization or Positive Surface lonization o e Pag a yg oa e ar e e a a da Ce Pr Pm Sm Dy Er Tm frb Lu Fg Fg la hag hag Py a Py Pg lg ag ig Sa Th Pa JU Mp Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Figura 1 11 Tavola Periodica degli Elementi 1 2 3 Separatori elettromagnetici e post accelerazione Il fascio estratto dalla sorgente di ionizzazione viene sottoposto ad una prima fase di purificazione nella quale attraverso un separatore di massa viene intrappolata una grande quantit di contaminanti La risoluzione di tale dispositivo M AM dove per M si intende la massa dell isotopo pari a circa 300 si riescono cos a separare in base all
97. ramma il lavoro effettuato illustrato in questo capitolo stato volto al miglioramento mediante la realizzazione di ulteriori funzioni quali 1 calcolo della conducibilit 2 utilizzo di due alimentatori camera linea 3 possibilit di lavorare senza termocoppia 4 2 Calcolo della conducibilit 23 Per il progetto SPES target necessario abbassare il pi possibile il gradiente termico che va ad influire sui dischi in modo da abbassare le tensioni di origine termica Conoscendo come avviene lo scambio termico e 1 parametri che lo interessano e sapendo mediante la legge di Fourier q r t k VT r t come lo scambio termico generi il gradiente termico possibile comprendere come abbassare quest ultimo Ti T2 t2 xa Da tale relazione conoscendo lo scambio termico q12 attraverso un disco di spessore h Xi X2 aumentando la conducibilit il gradiente termico T1 T2 diminuisce ed insieme ad esso anche gli stress di tipo termico Si nota dunque che la conducibilit termica assume un aspetto di rilevante importanza essendo in questo caso l unica variabile Diventa di fondamentale importanza poter studiare questo parametro La conducibilit o conduttivit termica normalmente indicata con la lettera greca A il flusso di calore Q misurato in J s ovvero W che attraversa una superficie unitaria A di spessore unitario d sottoposta ad un gradiente termico AT In termini matematici si ha Q
98. ro di nuclei chiave lontani dalla stabilit Le reazioni nucleari coinvolgenti nuclei instabili possono essere misurate unicamente con un fascio radioattivo per tale motivo si prevede che la nuova generazione di facilities per la produzione di fasci radioattivi risulter di fondamentale importanza per la comprensione della sintesi elementare nell Universo 22 Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro 1 4 Conclusioni L importanza assunta negli anni dai fasci radioattivi sia per la ricerca teorica che applicata ha spinto la comunit scientifica internazionale a costruire numerose facilities per la loro produzione il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro rientra nell ambito della realizzazione di una facility europea di tipo ISOL ad alte prestazioni progetto EURISOL la realizzazione operativa di tale progetto prevede l allestimento di una facility intermedia in grado di ottenere come prestazioni 10 fissioni s in un target formato da 7 dischi in Carburo di Uranio bombardati da un fascio protonico di 40 MeV a 0 2 mA 23 Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro 24 Capitolo 2 I forni di produzione nel progetto SPES Capitolo 2 I forni di produzione nel progetto SPES 2 1 Sviluppo dei dischi del target 7 a produzione del RIB strettamente legata alle caratteristiche del target colpito dal raggio protonico La composizione ed il livello di pure
99. rore FE P FUNZIONE attesa termine del ciclo SENZA errore termine del ciclo CON errore 66 Capitolo 5 Sviluppo del sistema di controllo del Front End SPES 5 3 Ciclodicontrollo Il ciclo di controllo operante fino al termine del programma Target controlla continuamente il SET valore di pulsanti booleani presenti nelle varie schermate gt dell interfaccia grafico che e FEP permettono se selezionati di FE P cambiare la schermata visibile 2222 EST gt A ciascuna di tali variabili iets stata assegnata la propriet a ba gt ce meccanica Latch when Pressed tale proprieta triplet permette che le variabili dopo 8 gt essere state selezionate e r processate dal programma Back triplet TER gt tornino ad assumere il valore di default in modo tale da non gt on influenzare scelte future ii e _ i Come si pu notare dalla 3 Figura 5 2 ogni diversa schermata corrisponde a un diverso valore di Tab Figura 5 2 ciclo di controllo Control Schermata Di Nella tabella riportata a fianco sono schematizzate selezionato Destinazione le schermate di destinazione in seguito alla Attuale Tab Control Target E importante notare che come negli altri cicli anche all interno di questo ciclo controllato il valore del pulsante stop button Anzi proprio in Back Target Schermata iniziale quest ambito presente il controllo che p
100. rrente da Impostare nello step successivo ed il tempo di durata dello stesso Ci viene effettuato prelevando 1 corretti valori della rampa ad ogni colonna corrisponde una variabile mentre ad ogni riga corrisponde uno step In questo VI sono stati aggiunti gli ulteriori due campi da estrarre dalle rampe relativi alla nuova tensione ed alla nuova corrente 4 3 2 5 StoreMeasuresTwoPyros2Lambda vi StoreMeasuresTwoPyros2Lambda vi il VI di scrittura dei dati raccolti In esso analogamente a quanto fatto nel caso del calcolo della conducibilit su StoreMeasuresTwoPyros_ conductivity vi sono stati aggiunti 1 campi relativi a Voltage2 e Current2 Data la particolare configurazione del connettore del secondo alimentatore non per possibile la lettura da PLC del valore reale di V2 I2 presenti Essi sono unicamente leggibili dal pannello fisico Vengono dunque stampati sul file di misure 1 valori di tensione e corrente impostati su tale alimentatore solo a fine indicativo 4 3 2 6 RampsCheck2Lambda vi RampsCheck2Lambda vi responsabile dei controlli sui file di rampa ricevuti dalla scheda di memoria del PLC controlla il tempo delay tra uno step ed il successivo se non soddisfa le specifiche minime questo subVI termina con messaggio d errore che viene riportato sul pannello frontale del programma principale senza procedere ai controlli successivi controlla in sequenza il range di tensione sulla camera corrente sulla cam
101. sa della sua notevole intensit la rottura del nucleo richiede molta energia La branca della fisica che studia il comportamento e la stabilit del nucleo atomico la fisica nucleare I nuclei stabili possiedono approssimativamente ugual numero di neutroni e di protoni 2 e costituiscono la cosiddetta valle di stabilit nella carta dei nuclidi Figura 1 1 il motivo fondamentale da ricercarsi nel fatto che l interazione neutrone protone leggermente pi intensa rispetto alle interazioni protone protone e neutrone neutrone Per nuclei con numero di massa A gt 40 si ricorda che A Z N con Z numero di protoni ed N numero di neutroni la forza coulombiana sposta la linea di stabilit lontano dalla retta in cui giacciono 1 nuclei con numero di protoni uguale al numero di neutroni verso nuclei ricchi di neutroni che essendo privi di carica non alimentano la forza repulsiva elettrostatica Inoltre tale forza coulombiana limita l esistenza di elementi super pesanti dato che il corto raggio di azione della forza nucleare forte non permette un efficace opposizione alla forza elettrostatica agente invece a pi lungo raggio I nuclei lontani dalla valle di stabilit cio con eccesso o difetto di neutroni sono radioattivi e decadono emettendo particelle alfa beta neutrini e raggi y Tali nuclei instabili vengono comunemente chiamati esotici Al momento circa 2000 di essi sono stati prodotti e caratterizzati
102. secondario linea Utilizzato per l alimentazione della linea Installazione e configurazione Il secondo alimentatore dev essere impostato in modo da poter essere comandato sia manualmente che da remoto agendo eventualmente in parallelo al primo Per questo motivo si utilizzato un apposito connettore realizzato secondo le direttive fornite dal data sheet Ji PROGRAMMING CONNECTOR if o Sv O FS BFS VOLTAGE CURRENT Figura 4 10 Configurazione del connettore per il controllo da remoto dei canali di tensione e corrente La configurazione riportata permette fornendo una tensione da 0 a 5 V di controllare il canali di tensione e corrente dell alimentatore da 0 a fondo scala 10 V 1000 A Si optato di effettuare l impostazione di tensione e corrente nel sistema mediante un modulo aggiuntivo del PLC cFP AIO 610 Tale modulo fornito di quattro canali analogici di input e quattro analogici di output Possiede inoltre una risoluzione di 12 bit che lo rende capace di erogare tensioni da 0 a 10 V In tale modulo 1 comandi di tensione e corrente relativi all alimentatore sono stati collegati rispettivamente ai canali Output 0 e Outputl Considerando che la risoluzione di 12 bit consente al modulo di erogare tensioni da 0 a 10 V per l erogazione di tensioni da 2 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni 0 a 5 V quantit massima per il controllo dei canali dell alimentatore si hanno quindi a disposizi
103. sercitano un effetto fisico anche oltre 1 nucleoni nei quali sono confinati in particolare le interazioni tra 1 nucleoni all interno del nucleo sono diverse da quelle esistenti tra due nucleoni liberi in quanto esse dipendono anche dalla densit di protoni e neutroni associata al particolare tipo di nucleo Al momento non esiste una formula generale che consenta di quantificare l entit delle interazioni nucleari per tutti 1 nuclei rappresentati nella Errore L origine riferimento non stata trovata in quanto i calcoli quantomeccanici sono applicabili unicamente ai nuclei pi leggeri l obiettivo della fisica nucleare di ottenere una trattazione unitaria che a permetta di derivare l effettiva interazione tra le particelle nucleari b elimini le incongruenze dei modelli correnti c sia applicabile anche ai nuclei esotici A questo proposito 1 fasci di ioni radioattivi possono fornire un prezioso contributo Misura della dimensione del nucleo i nuclei halo La dimensione del nucleo legata al numero totale di nucleoni che lo costituiscono dalla semplice relazione R RoA dove R il raggio nucleare ed Ro una costante pari a 1 2 fermi 1 fermi 10 m 16 Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro Tuttavia allontanandosi dalla valle di stabilit si possono incontrare notevoli deviazioni da tale legge in quanto le energie di legame tra le particelle di uno stesso nucleo possono divent
104. stato definito come operer questa struttura FE P Riguardo ad essa stato quindi unicamente predisposto il FUNZIONE ciclo corrispondente in vista dell inserimento futuro delle ai p termine del ciclo SENZA errore relative funzioni termine del ciclo CON errore 5 10 Conclusioni Il monitoraggio e la modifica di PV EPICS attraverso un interfaccia di memoria condivisa con LabVIEW gi possibile e verificato Il software che stato descritto in questo capitolo sar testato sul sistema completo nel mese di Settembre Per tale data si prospetta sia possibile definire i nomi definitivi per le PV utilizzate nel processo Essi potranno essere inseriti dove specificato all interno del software 78 Bibliografia Bibliografia 1 M Manzolaro Analisi termica e strutturale del bersaglio diretto per la produzione di fasci radioattivi per il progetto SPES Tesi di Laurea Specialistica Universit degli Studi di Padova s n a a 2006 2007 2 G Diavola Fasci di ioni radioattivi ai Laboratori Nazionali del Sud dell INFN il progetto EXCYT s l Il Saggiatore 1999 3 M Lindroos of ISOL type radioactive beam facilities s l EPAC 2004 4 Online http www ganil fr eurisol EURISOLIinks html 5 A Andrighetto The SPES Project At LNL AIP American Institute of Physics s n 2009 6 G Meneghetti M Manzolaro A Andrighetto Design of the SPES Target Heating System theoretical analyses and comparison with experi
105. status del cluster di errore Se si riscontrato un errore in A o in B mediante l operatore logico OR tale informazione viene riportata sulla variabile booleana d uscita error Si scelto di non propagare il cluster d errore in questo VI per fare in modo che il processo del programma principale possa proseguire correttamente anche nel caso si manifesti un errore nel calcolo della conducibilit Ad esempio in situazioni in cui le temperature siano ancora ad un livello da non poter essere misurate dal pirometro errore non critico che non comporta la chiusura del programma In Figura 4 6 mostrato il diagramma a blocchi del VI sia in caso Yes_cond assuma valore vero sia in caso assuma valore falso T thermocouple DEL 3 T pyro A Dsm i poet Heat_Al Alwin _ DELI 3 POBL conductivity_A wyj m K DBL 3 linear B DB1 hikness of target mm LP51 gt i 3 i i a error T pyro B DEL wee hea B Beane DELE PDB Emissivity B LDBLI 3 conductivi m poet Heat_A wWjm 2 OBL conductivity _A w m K OBL Heat_B Wjm 2 POBL conductivity_B wj m K Figura 4 6 2pyros_conductivities vi diagramma a blocchi 45 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni 4 2 2 3 Programma Principale Prototype _CFP_conductivity vi E necessario ora apportare delle modifiche al programma principale precedentemente in uso qui di seguito riportato lo schema di tale programma in cui sono eviden
106. te sistemati sono stati quelli relativi al problema di portabilit dei file di misure Si pu concludere che le modifiche effettuate siano state corrette e funzionali In Figura 4 9 possibile vedere il programma principale in esecuzione In questo caso si disponeva solamente di un pirometro Inoltre possibile vedere che la temperatura presente nella campana non era ancora abbastanza elevata da far funzionare correttamente la termocoppia l indicatore di errore termocoppia attivo e la conducibilit calcolata negativa 07 33 00 00 24 00 05 41 50 292 8 5 94 Figura 4 9 programma principale in esecuzione SI Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni 4 3 utilizzo di due alimentatori camera linea Nel forno destinato ai test termo meccanici presente all LNL previsto l utilizzo di due alimentatori che alimentino separatamente uno la camera e l atro il resto della linea Ci per emulare quella che sar la struttura del progetto finale SPES Si quindi dovuto procedere all installazione e configurazione di un secondo alimentatore con l apporto delle modifiche sul programma di gestione Alimentatore principale camera Connesso alla scheda principale del PLC attraverso la porta COM2 pu essere programmato mediante l invio di comandi quali Imposta tensione imposta corrente leggi tensione leggi corrente Esso utilizzato per l alimentazione della camera Alimentatore
107. tecnica di rilevazione PET Lo scanner utilizza la rilevazione delle coppie di fotoni per mappare la densit dell isotopo nel corpo la mappa risultante rappresenta 1 tessuti in cui la molecola campione si maggiormente concentrata e viene letta e interpretata da uno specialista in medicina nucleare o in radiologia al fine di determinare una diagnosi ed il conseguente trattamento Spesso e sempre pi frequentemente le scansioni della Tomografia a Emissione di Positroni sono raffrontate con le scansioni a Risonanza Magnetica Nucleare fornendo informazioni sia anatomiche e morfologiche sia metaboliche In sostanza su come il tessuto o l organo siano conformati e su cosa stiano facendo La PET usata estensivamente in oncologia clinica per ottenere rappresentazioni di tumori e per la ricerca di metastasi e nelle ricerche cardiologiche e neurologiche Coincidence Processing Unit Sinceran Listmode Data Annibilation nage Reconstruction Figura 1 17 Schema riassuntivo della tecnica di analisi PET e modalita di acquisizione e presentazione dei dati 20 Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro Mentre altri metodi di scansione come la TAC e la RMN permettono di identificare alterazioni organiche e anatomiche nel corpo umano le scansioni PET sono in grado di rilevare alterazioni a livello biologico molecolare che spesso precedono l alterazione anatomica attraverso l uso di marcatori molecolari ch
108. tori Nazionali di Legnaro 1 2 1 L acceleratore primario L acceleratore primario ha la funzione di produrre un fascio primario di particelle che dev essere direzionato verso il target dove ha luogo la reazione nucleare 5 Capitolo 1 Il progetto SPES ai Laboratori Nazionali di Legnaro La facility SPES utilizzer come acceleratore primario un ciclotrone Tale dispositivo in grado di garantire le performance richieste per la produzione di fasci di ioni esotici ed offre la possibilit di utilizzare una seconda linea di fascio in modo completamente indipendente per alimentare la Neutron Facility Il mercato offre oggi la possibilit di produrre con la tecnologia del ciclotrone fasci di intensit molto vicina alle richieste del progetto SPES questo ha portato alla scelta di una soluzione commerciale Un esempio di ciclotrone commerciale adatto al progetto SPES il Cyclone 70 sviluppato dalla IBA il quale in grado di fornire due fasci di protoni indipendenti fino a 70 MeV di energia ed aventi una corrente massima di 750 uA 1 2 2 Il target di produzione ed il sistema di estrazione e ionizzazione Il target di produzione dei radioisotopi insieme al sistema di estrazione e ionizzazione degli stessi contenuto all interno di una camera cilindrica detta camera target raffreddata da un opportuno circuito date le elevate temperature raggiungibili Figura 1 4 Sempre a causa delle alte temperature per evitare l oss
109. ud Thottom 7 Trop A Provino Tale definizione si ricava dalla legge di Fourier determinante il flusso di calore instauratosi su di una superficie unitaria di spessore unitario sottoposta ad un gradiente termico 40 Capitolo 4 Il sistema di controllo dei forni La conducibilit termica dipende dalle caratteristiche fisico chimiche del materiale preso in esame I materiali con elevata conducibilit termica sono detti conduttori termici mentre quelli a bassa conducibilit termica sono definiti isolanti termici Esiste una corrispondenza tra la capacit di trasmettere calore e la capacit di trasmettere elettricit di un materiale un isolante termico normalmente un pessimo conduttore elettrico Eccezione fatta dal diamante ottimo conduttore termico ma isolante da un punto di vista elettrico La conducibilit non una grandezza vettoriale ma scalare ed propria di ciascun materiale Le sue dimensioni sono A SIWT mm k facilmente ricavabili dalla legge di Fourier La conducibilit termica permette di classificare 1 diversi materiali in isolanti e conduttori termici a seconda che assuma un valore pi conduttori o meno elevato isolanti In generale 1 materiali isolanti hanno una lt 1 La conducibilit termica di ciascun materiale per influenzata dalla stessa temperatura Ci dovuto alla dipendenza dalle caratteristiche fisiche e chimiche dei singoli elementi Ad esempio al crescere
110. uno di essi shift register contiene informazioni sulla transizione di stato tiene traccia dello stato corrente e lo comunica all ingresso della struttura case state functionality code codice che implementa la funzione dello stato transition code codice che determina lo stato seguente nella sequenza 3 2 2 Property node Consentono di modificare propriet di controllori ed indicatori durante l esecuzione del programma ad esempio possibile e rendere invisibili o disabilitare elementi sul pannello frontale e modificare la lista di opzioni di un menu ring e cambiare valori di fondo scala di elementi di interazione manopole slider e modificare le Impostazioni di visualizzazione di grafici fondo scala colori 3 2 3 Measurement amp Automation Explorer Measurement amp Automation Explorer o MAX un interfaccia software che fornisce accesso a tutti 1 dispositivi DAQ GPIB IMAQ IVI Motion VISA e VXI della National Instruments collegati al sistema MAX viene usato principalmente per configurare e testare l hardware della National Instruments ma offre altre funzionalit come l allestimento di canali virtuali la visualizzazione di pannelli di prova l impostazione di scale personalizzate e l ottenere aggiornamenti software per la configurazione e il test del sistema MAX inoltre informa su quali dispositivi siano presenti nel sistema 33 Capitolo 3 Il sistema di controllo LabVIEW
111. vece riportato uno stato del ciclo del deflettore in cui possibile vederne la modalit di chiusura I cicli relativi a target tripletto FE P s1 comportano Figura 5 3 controllo dei pulsanti di stop in maniera del tutto analoga Tali cicli sono dotati di uno stato di chiusura in caso di rilevato errore In questo stato s1 pu entrare sia se l errore si verificato nello stesso ciclo sia che si sia verificato nel ciclo relativo ad un altro sottosistema A tal proposito posto un operatore OR tra lo stato del cluster d errore del ciclo e la variabile booleana error occurred che tiene traccia del presentarsi di errori in qualche ciclo Essa come si pu constatare dall immagine inizializzata come vera nello stato di chiusura con errore di ogni ciclo Al termine di tutti 1 cicli in caso sia dovuto al verificarsi di un errore necessario chiudere anche il ciclo di controllo con l impostazione della variabile stop come vera 3001 State Machine Step Number mx A T Message DEFLECTOR close with error stop with error YK Tab Control el error occurred process stop error report D process stop error report Source Z error occurred DI 3 m status j Figura 5 4 termine di un ciclo Un altro metodo per terminare tutti 1 cicli senza che il programma sia in errore tener conto della variabile stop impostata come vera solo in seguito ad una risposta 68 Capitolo 5
112. ven A Y anode V Time target Time Line Time magnet Time oven Time anode time target unit time line unit ime magnet unit time oven unit ime Y anode unit time in seconds pm m Qo ai o mn ZE o un er Figura 5 9 TARGET put desired inputs epics vi diagramma a blocchi Heating Nella fase di heating il sistema raggiunge gradualmente i valori impostati ogni secondo il programma EPICS invia agli alimentatori il comando di alzare il valore di corrente tensione In questa fase case 202 l interfaccia LabVIEW si occupa solamente del monitoraggio di tali valori nel tempo attraverso l interrogazione delle relative PV Quest operazione effettuata dal seguente subVI 5 6 1 2 TARGET receive epics vi TARGET receive epics vi responsabile della lettura delle variabili EPICS relative alle grandezze coinvolte nel riscaldamento del target TARGET receive epics y i Real Time values can skopi RO error in Extractor error out Figura 5 10 TARGET receive epics vi icona e connessioni Con il principio spiegato precedentemente per il VI TARGET put desired inputs epics vi attraverso l utilizzo di un ciclo for vengono monitorati 1 valori di tutte le PV 1 cui nomi sono contenuti in un array di stringhe In uscita dal ciclo for si ottiene un array contenuti 1 valori letti da ogni singola PV 15 Capitolo 5 Sviluppo del sistema di controllo del Front End SPES Con l
113. ziati 1 nuovi stati inseriti necessari per l esecuzione delle nuove funzioni Te Avviso Inizializzazione delle variabili e creazione controllare le Controllo della connessione di strumenti e dei apparecchiature segnali di stato di acqua vuoto temperatura del log file riprova Disclaimers Test superati Carica il file dove sono presenti 1 valori di tensione e corrente da imporre all alimentatore in fase di carburizzazione e controlla che siano Avviso valori opportuni file di rampa non adeguato riprova Test superati Test superati Carica il file dove sono presenti i valori di tensione e corrente da imporre all alimentatore in fase di rampdown e controlla che siano valori opportuni Creazione del Measure log file che conterr le misure che verranno rilevate Riscontrati errori errore Impostazione del i pirometro i esci Ricarica le rampe Tempo di update raggiunto Il sistema pronto per il processo di carburizzazione continua Raggiunto il tempo per lo step Impostazione di successivo CARBURIZZAZIONE tensione e corrente A Lettura dei file di rampa con estrazione del Calcolo delle grandezze secondarie nell alimentatore valore del tempo in cui effettuare ogni step Aggiornamento del pannello frontale Memorizzazione dei valori nel log file Lettura dagli strumenti Raggiunto il numero massimo di step
114. zza dei materiali costitutivi la microstruttura e morfologia fase cristallina porosit dimensione dei grani del target sono di particolare Importanza per tale scopo Il tipo di isotopi prodotti a turno dipende sia dall energia del raggio incidente che dal materiale fissile mentre l efficienza di rilascio legata soprattutto alla diffusione degli isotopi all interno del target nonch alla loro effusione 13 Sia la diffusione che l effusione delle specie radioattive crescono enormemente all aumentare della temperatura Per tale ragione la temperatura di lavoro del target dev essere mantenuta pi elevata possibile in modo tale da garantire che il tempo di rilascio sia minore del tempo di decadimento degli atomi D altro canto la temperatura di lavoro del target limitata dalla pressione del vapore dei suoi costituenti dalla stabilit del target ad alte temperature e da possibili reazioni che possono avvenire tra il target ed il suo contenitore ad alte temperature Per far fronte a queste condizioni si devono utilizzare per il target materiali composti refrattari come carburi ed ossidi Per la produzione di alcuni fasci di isotopi previsti nel progetto SPES sono gi stati suggeriti isotopi fissili di Uranio e Torio e sono stati di conseguenza adottati ossidi e carburi di Uranio e Torio Composti di ossido di Uranio e grafite hanno mostrato ad alte temperature caratteristiche particolarmente favorevoli per vari isotopi

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