Detalhes bibliográficos
| Ano de defesa: |
2018 |
| Autor(a) principal: |
Michel Felipe Lima de Araújo |
| Orientador(a): |
Rogério de Moraes Oliveira,
Carina Barros Mello |
| Banca de defesa: |
Sérgio Luiz Mineiro,
Luiz Angelo Berni |
| Tipo de documento: |
Tese
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| Tipo de acesso: |
Acesso aberto |
| Idioma: |
por |
| Instituição de defesa: |
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
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| Programa de Pós-Graduação: |
Programa de Pós-Graduação do INPE em Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores
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| Departamento: |
Não Informado pela instituição
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| País: |
BR
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| Resumo em Inglês: |
Niobium superconducting cavities, used as part of the parametric transducers for Mario Schenberg gravitational wave detector, were treated via high temperature nitrogen plasma immersion ion implantation (3IPAT). The main objective is to increase the respective values of the electrical quality factors (Qe) - implying the increase of the sensitivity of the detector. Initially, the implantations were performed in niobium samples under different experimental conditions, varying some parameters such as: sample temperature, treatment time, energy / duration / frequency of negative high voltage pulses. Post-implantation surface cleaning procedures which involves glow argon discharge and / or chemical attacks were evaluated for their effectiveness in removing impurities from samples. They were characterized by means of their morphology, phase formation and the atomic concentration profiles of the elements present on the very near surfaces. Such characterizations were essential to guide the choice of nitrogen implantation parameters to be replicated in the resonant cavities. As a first step, it was sought to form niobium nitride superconducting layer on the metal surface, but the 3IP-AT process proved to be ineffective for this purpose due to the coformation of undesirable non-superconducting phase formation. Nevertheless, increases in Qe values of up to two orders of magnitude were obtained for implanted cavities in comparison with untreated ones. It was observed that the higher Qe-factors were reached for treatment parameters that favored the formation of the Nb-N phase, in which nitrogen, in low atomic concentrations, is dissolved in the niobium surface, forming a solid solution and occupying an interstitial position in the crystal lattice. The hypotheses raised in this research are in accordance with the findings reported in recent studies for RF superconducting cavities used in particle accelerators. |
| Link de acesso: |
http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2018/08.03.00.09
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Resumo: |
Cavidades supercondutoras de nióbio, usadas como parte dos transdutores paramétricos do detector de ondas gravitacionais Mario Schenberg, foram tratadas pelo método de implantação iônica por imersão em plasma em alta temperatura (3IP-AT). O objetivo final é o de aumentar os respectivos valores dos fatores de qualidade elétricos (Qe) implicando no aumento da sensibilidade do detector. Inicialmente, as implantações se deram em amostras de nióbio sob distintas condições experimentais, variando-se parâmetros como: temperatura das amostras, tempo de tratamento, energia/duração/frequência dos pulsos de alta tensão negativa. Procedimentos de limpeza da superfície pós-implantação envolvendo descarga luminescente de argônio e/ou ataques químicos foram avaliados quanto a sua efetividade para eliminar impurezas das amostras. Elas foram caracterizadas quanto à morfologia, formação de fases e perfil de concentração atômica dos elementos presentes na superfície. Tais caracterizações foram imprescindíveis para nortear a escolha de parâmetros da implantação de nitrogênio para serem replicados nas cavidades ressonantes. Buscou-se formar camada supercondutora de nitreto de nióbio na superfície do metal, mas a utilização do 3IP-AT corroborou também para à co-formação de fases não supercondutoras. Entretanto, foram obtidos aumentos nos valores de Qe de até duas ordens de grandeza para cavidades implantadas em comparação com as que não sofreram implantação iônica de nitrogênio. Notouse que os maiores valores de Qe foram alcançados para parâmetros de tratamento que propiciassem a formação da fase Nb-N, em que o nitrogênio, em baixas concentrações atômicas, encontra-se dissolvido no nióbio, formando solução sólida e ocupando posição intersticial na rede cristalina. Esta pesquisa corrobora hipóteses levantadas por estudos recentes envolvendo o tratamento de cavidades de nióbio utilizadas em aceleradores de partículas. |
