Por Sebastián De Toma y Leila Lobos. U-238#15 Enero 2015
U-238 conversó con Alfredo Tolley, doctor en Física del Instituto Balseiro y líder del Grupo Física de Metales en el Centro Atómico Bariloche, para hablar de sus trabajos en Microscopía, Física en Metales y Ciencia Básica y Aplicada en la Argentina. Tolley, una de las voces más importantes del país en Microscopía de Transmisión es, además, investigador del CONICET y de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA), y profesor adjunto en la carrera de Ingeniería Nuclear del Balseiro.
¿Qué es la microscopía electrónica?
La microscopía electrónica involucra un conjunto de técnicas; se usa para estudiar distintos tipos de materiales. En lugar de un haz de luz, como se usa en la microscopía óptica, se utiliza un haz de electrones. Hay dos tipos de microscopios electrónicos: unos son los microscopios electrónicos de barrido, que estudian la superficie del material; y otros son los microscopios electrónicos de transmisión, donde se estudia el interior del material. En la División Metales tenemos dos microscopios electrónicos que son de transmisión, donde analizamos el interior de los materiales. Asociadas a los microscopios también hay técnicas de espectroscopía. Eso significa que cuando los electrones chocan con los átomos del material, estos emiten rayos X que se pueden estudiar y permiten identificar qué elementos hay en el material. A este proceso se lo llama hacer “microanálisis”. Entonces, con un microscopio electrónico de transmisión se pueden hacer estudios de composición, de la estructura cristalina del material y de los defectos que tienen esas estructuras cristalinas.
La principal ventaja que tiene la microscopía electrónica de transmisión respecto de la microscopía óptica es que se pueden alcanzar resoluciones de escala atómica. Es decir, se pueden resolver o distinguir distancias que tienen una separación equivalente a la separación que hay entre los átomos del material. Esa escala es inaccesible con Microscopía Óptica.
En el marco de su trabajo en la División Metales, ¿qué investigaciones cree que vale la pena destacar?
El grupo de trabajo es la División Metales depende de la Comisión Nacional de Energía Atómica a través del Centro Atómico Bariloche. Muchos de los investigadores del grupo somos docentes del Instituto Balseiro y muchos estudiantes del Instituto hacen sus trabajos de finalización de grado, o de posgrado, en los laboratorios de nuestro grupo. Principalmente, nos concentramos en la investigación de aleaciones metálicas, que significa estudiar la estructura cristalina de estos materiales, los defectos de esa estructura, la composición, y correlacionar esa información con el comportamiento de los materiales a escala. Por ejemplo, la dureza, la facilidad para deformarse, etcétera. Centralmente, estudiamos aleaciones metálicas. La idea es que, entendiendo el origen microscópico del comportamiento de los materiales, se puedan diseñar materiales con mejores propiedades. Una parte de los investigadores también estudia materiales para electrodos de baterías, este es un tema un poco más reciente. El grupo dispone de entrenamiento muy importante en dos aéreas: una es la microscopía electrónica de transmisión, pero también hay máquinas de ensayos para estudiar el comportamiento mecánico. Es decir, tiene estas dos líneas experimentales fuertes. Históricamente, a raíz del impulso de su fundador, el doctor Manfred Ahlers, el grupo estudió durante muchos años un tipo de aleaciones muy especial llamadas “aleaciones con memoria de forma”. Su particularidad es que pueden cambiar su forma con la temperatura y pueden tener también deformación reversible. Es decir, que al descargar se recupera —uno aplica una carga, se deforma y después se recupera— alrededor del diez por ciento, eso es mucho más grande que cualquier deformación elástica de un metal. También se han realizado estudios en otras aleaciones como aleaciones de aluminio, aleaciones, de circonio; y se trabaja también en colaboración con otros investigadores de otros centros y en diversos materiales, haciendo uso de las técnicas que dominamos. Dentro de los estudios principales que se pueden destacar, se estudió mucho una aleación en particular, el sistema de una aleación de cobre, zinc y aluminio. La aleación de memoria de forma permitió conocer muy al detalle los tipos de procesos que ocurren en estas aleaciones. En esta línea, recientemente, se han logrado crecer aleaciones con memoria de forma de escala nanométrica, que son los que se llaman “nanohilos”; y también láminas delgadas, todas estas usando esta propiedad de memoria de forma tienen potenciales aplicaciones como microactuadores. Una de las características del grupo es que es interdisciplinario: está constituido por físicos, ingenieros nucleares, mecánicos y químicos. Entonces, se trata de ir de estudios bien básicos hasta estudios con potencial aplicación. Recientemente, se realizó en el grupo una tesis donde se estudiaron propiedades de amortiguación de estas aleaciones con memoria de forma, que tienen potenciales aplicaciones en sistemas para amortiguar vibraciones causadas por sismos. Es decir, conociendo al detalle cómo funcionan las aleaciones después se trata de desarrollar una aleación, particular para una aplicación específica.
¿Cómo se relaciona el trabajo de los metales y la microscopía con la industria nuclear? ¿Qué tipo de utilidad tiene?
En esta división hemos colaborado con el estudio de tubos de presión de circonio que se usan en la Central Nuclear Embalse, en el marco de la fabricación de tubos de presión que está encarando la CNEA. En este trabajo se involucró la microscopía electrónica de transmisión. En este caso, lo que se trata de hacer es evaluar que el material cumpla los requisitos para calificar y poder ser utilizados en la industria nuclear. También se ha colaborado estudiando materiales irradiados de la Central Nuclear Atucha I, se estudia, después de que se saca el material, qué tipo de daño sufrió durante la operación. Además, hay un tema de investigación más reciente que es el estudio de un proceso que se denomina fretting, que es acerca del roce entre tubos en contacto con desplazamientos muy pequeños, y eso genera falla en los tubos. Entonces se está estudiando cuáles son los procesos involucrados y esto dará información que es de gran utilidad para el desarrollo del Reactor Carem, que es un reactor de pequeña potencia que está desarrollando la CNEA. Por otro lado, personal de nuestro grupo está participando en establecer programas de vigilancia para reactores nucleares. Esto consiste en poner muestras testigo en ciertas partes del reactor, que se sacan durante la operación del reactor y permiten, estudiando estos materiales, tener una idea de cuánto se ha ido degradando el material en el reactor. Es decir, con la muestra testigo, se analiza y eso permite evaluar el estado de los materiales de la estructura del reactor. Eso se llama “programa de vigilancia”.
¿Cuáles son las ventajas y desventajas de hacer investigación básica en Argentina?
Los pro es que acá en Argentina tenemos recursos humanos de muy buen nivel de formación y en los últimos años ha habido un aumento de los recursos financieros disponibles para hacer investigación. La principal dificultad está en el tiempo que hay que dedicar al trabajo administrativo o de gestión, por ejemplo a los procesos de compra, que son engorrosos. La mayor parte de los insumos de las técnicas de microscopía y ensayos mecánicos tienen que comprarse en el exterior, por lo cual el proceso de compra lleva tiempo. En definitiva, uno termina usando una parte importante del tiempo para trabajos más administrativos o de gestión de compra. Si uno piensa en Estados Unidos, que levantan el teléfono, llaman a una empresa que está ahí y mandan las órdenes y rápidamente tienen los insumos; para nosotros es todo un proceso que implica importaciones, pago al exterior, es más engorroso. Esto implica que cuando algo se rompe, si es imprevisto, hay equipos que quedan parados un tiempo hasta que se puedan reparar. Eso es una diferencia respecto de los países centrales, donde tienen las mismas empresas que fabrican los equipos ahí mismo.
¿Cuál cree que fue la contribución más importante que ha hecho usted a la ciencia?
Yo participo de investigaciones básicas de estudio en aleaciones de aluminio, que se llaman “aleaciones termo envejecibles de aluminio” que tienen aplicaciones en la industria aeronáutica. En esta línea se intenta mejorar las propiedades mecánicas de las aleaciones cambiando la composición y modificando tratamientos térmicos o mecánicos a los cuales se somete la aleación. En los últimos años colaboré en algunos trabajos sobre aspectos básicos en aleaciones de aluminio-escandio- circonio (Al-Sc-Zr), y aluminio- litio-escandio-circonio (Al-Li-Sc-Zr). En estas aleaciones, los aleantes se agrupan en pequeñas zonas que se llaman precipitados, de composición no homogénea, y mejoran la respuesta mecánica de estas aleaciones. Creo que esos serían los trabajos que más citas han recibido.
