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Titolo 1. High Power Impulse Magnetron Sputtering per la costruzione di cavità risonanti supercondutticondutive a film sottile di Niobio su Rame


Fra le tecnologie PVD, l’HPIMS è una fra le più rivoluzionarie innovazioni nel campo della deposizione di film sottili. Basata sul concetto di pilotare un magnetron sputtering con densità di potenza istantanea dell’ordine dei Megavatt su pochi centimetri quadri nell'arco di una decina di microsecondi.
Tramite uno studio di base del fenomeno dell'High Power Impulse Magnetron Sputtering (HIPIMS), il lavoro di tesi proposto mira ad aumentare la purezza dei film superconduttivi di niobio utilizzati nella cavità risonanti superconduttive niobio su rame. La microstruttura e la morfologia dei film depositati sarà studiata in funzione dei parametri di deposizione. I campioni depositati verranno caratterizzati mediante diffratometria di Bragg a raggi X e misura di Tc ed RRR che definiscono la qualità di un film superconduttivo. Ottimizzati i parametri si passerà poi alla deposizione e caratterizzazione delle cavità acceleratrici.

Titolo 2. Film colorati ottenuti via magnetron sputtering


La tecnica magnetron sputtering è una tecnica ampiamente utilizzata per realizzare film funzionali, che possono essere protettivi, superconduttivi, semiconduttori, isolanti, chimicamente inerti, etc. Industrialmente si sta affermando l’utilizzo della tecnica magnetron sputtering anche per applicazioni decorative, soprattutto accoppiata a quella dei film protettivi. E’ importante quindi che un laboratorio possieda una serie di film decorativi (eventualmente protettivi) colorati da proporre ai partner industriali secondo le loro necessità. Il lavoro di tesi consiste nel realizzare un database con i parametri di deposizione ottimali per una serie di film colorati (ad es. oro: TiN, verde Cr2O3, nero: TiAlN e TiCN). Il candidato dovrà ricercare i film più adatti, ottimizzare il processo di deposizione e determinare quale possa essere la tecnica più adatta (magnetron DC, RF, AC o pulsato) e caratterizzare i film depositati.


Titolo 3. Electropolishing del Niobio tramite uso di liquidi ionici


Tramite liquidi ionici, quello che fino a pochi anni fa era impensabile in elettrochimica sta diventando possibile! Metalli di transizione e leghe su cui era difficile eseguire trattamenti di superficie elettrochimici in soluzione acquosa stanno diventando elettropulibili o addirittura elettrodepositabili tramite liquidi ionici. In particolare, acceleratori di particelle di nuova generazione che richiedono produzione di massa di cavità superconduttive necessitano trattamenti elettrochimici quali l’elettropulitura per la rimozione dello spessore superficiale di centinaia di micron senza l’introduzione di stress meccanici, con l’obiettivo di portare la superficie interna delle cavità a livelli molto bassi di rugosità , lasciando le superfici assolutamente prive di contaminazione interna. Le cavità risonanti superconduttive sono di Niobio e L’elettrolucidatura classica del niobio prevede tuttavia l’uso dell’acido fluoridrico, un agente di tossicità estrema per le persone e per l’ambiente. Nell’ottica di una chimica “green” si sta cercando una tecnologia alternativa che eviti l’uso di acidi dannosi e molto tossici sostituendoli con solventi di ultima generazione, quali i Liquidi Ionici. L’obiettivo di questa tesi è l’elettropulitura del Niobio in cavità, ma si è constatato che le competenze sviluppate da precedenti studenti nel laboratorio di Trattamenti di Superficie dei LNL sono di estremo interesse di quell’ industria del territorio, che guarda all’innovazione tecnologica come strumento strategico di evoluzione e di progresso.


Titolo 4. Studio Delle Proprietà Decontaminanti Dei Plasmi Atmosferici in Configurazione Semi-Metallic Torch sui componenti in rame nell’ambito dell’esperimento CUORE


L’interesse principale della moderna fisica delle particelle si sta volgendo sempre più alla ricerca delle prove che possano portare a migliorie al modello standard, modello che finora ha regolato le previsioni della fisica in generale. Tra di esse risulta fondamentale l’indagine sulla massa del neutrino. In tale contesto si pone l’esperimento CUORE, ritenuto da molti il più promettente per questo scopo. I componenti costituenti la struttura dell’esperimento devono subire estremi ed approfonditi metodi di pulizia al fine di garantire le condizioni ottimali di osservazione degli eventi.
Fino ad ora il processo ottimale sembra essere una combinazione di trattamenti si abrasione meccanica (burattatura) seguito da due attacchi chimici (Elettrochimico e SUBU) per concludersi con un attacco al plasma in vuoto. Recentemente si è cercato di implementare un trattamento di pulizia tramite l’impiego dei plasmi atmosferici e nella fattispecie una configurazione semi-metallic torch. Durante i lavori di tesi precedentemente svolti si sono ottenuti risultati incoraggianti in quanto si è mostrato come l’impiego di tali tipi di plasma possa portare ad un ulteriore abbattimento dei contaminanti, almeno comparabile con i processi standard sviluppati.
Ulteriori indagini, però, devono trovare il loro corso. Di conseguenza scopo di questa tesi è lo studio di come fattori quali la composizione dei gas carrier, o l’arricchimento con specie diverse di essi, l’intensità del flusso, l’intensità del campo elettromagnetico o le differenti configurazioni possano influire sui risultati ottenibili con tale processo di decontaminazione.
Lo studente che vorrà specializzarsi in questo campo, avrà il beneficio addizionale di imparare a costruire da solo macchine prototipali di plasma atmosferico, scoprendo la possibilità di offrire le propire competenze ad un mercato in forte espensione ed evoluzione



Titolo 5. Superconduttività in Radiofrequenza a 6 GHz come strumento per la riduzione dei costi di strutture acceleratrici di acceleratori di particelle



l’interesse del mondo scientifico è ora focalizzato sullo sviluppo delle nuove tecniche di fabbricazione delle cavità risonanti e sulla riduzione dei costi. E’ quindi importante proseguire la ricerca su nuovi materiali: il principale obiettivo sarà quello di realizzare cavità superconduttrici con prestazioni migliori di quelle Nb a 4,2K.
Tuttavia la ricerca sulle strutture risonanti ad alto beta, 1.5GHz, è molto onerosa sia per i costi del materiale, per i costi di produzione, dei trattamenti e la spesa criogenica e specialmente in questo periodo di recessione economica internazionale rischia di diventare proibitiva.
La caratterizzazione RF di campioni è un utile strumento diagnostico per indagare con precisione le proprietà locali di materiali superconduttori. Ma, una limitazione comune di sistemi utilizzati per questo, spesso consiste nella difficoltà di scalare risultati misurati ai risonatore reale.
Per questo motivo è obbligatorio per il futuro della cavità risonanti superconduttive, e quindi dei grandi acceleratori, ridurre i costi introducendo un nuovo concetto di ricerca. L'idea è quella di costruire micro-cavità completamente uguali nella forma al modello in scala reale che risuonino a 6 GHz.
L’idea di questa tesi è di sviluppare la tecnologia alla base delle cavità 6 GHz e di dimostrare la loro efficacia come campioni risonanti per testare le proprietà in RF di nuovi trattamenti superficiali e nuovi superconduttori a basso consto e con una larga statistica.



Titolo 6. Ingegnerizzazione del Protocollo di Ultrapulizia e controllo Qualità nella produzione di componenti per l'esperimento CUORE.


CUORE è un progetto internazionale che si propone come obiettivo lo studio della massa del neutrino. Data l’elusività del neutrino è necessario usare un grande apparato criogenico costituito da 19 torri in rame e cristalli di TeO2, composto da oltre 4000 parti. Cruciale per questo esperimento è stato lo sviluppo di una procedura di pulizia composta da ben 11 passaggi mirati a ridurre l’inquinamento da ultratracce di contaminanti radiattivi, che oscurano il segnale del neutrino. Scopo della tesi è un’ingegnerizzazione dei processi che permetterebbe di mettere in pratica le soluzioni tecniche migliori e di ridurre al minimo il tempo necessario per la realizzazione dei componenti. Un successivo controllo della qualità dei pezzi realizzati assicurerebbe inoltre che il prodotto sia conforme ai requisiti di pulizia richiesti.



Titolo 7. Caratterizzazione di un Magnetron a substrato rotante.


L’ultima frontiera nell’ambito della pulizia di superfici è l’utilizzo del plasma etching in vuoto, in cui specifici processi fisici sono utilizzati per rimuovere strati della superficie del materiale, eliminando nel contempo i contaminanti.
Nell’ambito del progetto CUORE l’uniformità di erosione è garantita dalla configurazione di magnetron cilindrico rotante affiancato da una bobina magnetica in modo tale che il campo magnetico aumenti il percorso delle particelle nella scarica e aumentanto quindi la densità di plasma.
Il principale obiettivo in ogni trattamento in plasma è l’omogeneità del trattamento: scopo della tesi è studiare i parametri di configurazione per ottenere la massima uniformità, ponendo particolare attenzione alla rotazione ed al suo effetto sui diversi campioni trattati.






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