Studio, progettazione elettro-termo-strutturale e test di componenti di sorgenti di ionizzazione sviluppati mediante tecnologie di manifattura additiva per applicazioni ad altissima temperatura.

The main objective of this thesis is the redesign of a component called the "transfer line," located within a facility dedicated to the production of radioactive ion beams (RIB). This work is part of the SPES project, conducted at the National Laboratories of Legnaro (LNL INFN), where the design of the components of the facility under construction requires special attention, as they operate under extreme conditions such as high temperatures and high vacuum. These conditions necessitate the use of refractory materials, such as tantalum, which are extremely difficult to machine, thus limiting the geometry of the components and requiring a simplified design. This constraint can be overcome through Additive Manufacturing (AM) techniques, particularly "Laser Powder Bed Fusion" (LPBF), a technology that allows the fusion and solidification of a bed of metal powders to create the desired geometry. Thanks to the greater geometric freedom provided by these technologies, the transfer line has been redesigned to be optimized from both a thermal and structural standpoint. To achieve this optimization, finite element analyses were carried out using the ANSYS® software, which allowed the simulation of the component's operating conditions. Initially, the currently used transfer line was simulated, and experimental tests were subsequently conducted to validate the finite element model. Once the model was verified, the component was optimized, manufactured using LPBF, and subjected to experimental tests to confirm the results predicted by the simulations.

Il principale obiettivo di questa tesi è la riprogettazione di un componente chiamato "transfer line", situato all'interno di una facility dedicata alla produzione di fasci di ioni radioattivi (RIB). Questo lavoro si inserisce nel progetto SPES, condotto presso i Laboratori Nazionali di Legnaro (LNL INFN), dove la progettazione dei componenti della facility in costruzione richiede un'attenzione particolare, poiché essi operano in condizioni estreme, come alte temperature e alto vuoto. Tali condizioni impongono l'impiego di materiali refrattari, come il tantalio, che sono estremamente difficili da lavorare e, di conseguenza, limitano la geometria dei componenti, richiedendone una semplificazione. Questo vincolo può essere superato grazie all'uso di tecniche di Manifattura Additiva (AM), in particolare la “Laser Powder Bed Fusion” (LPBF), una tecnologia che consente di fondere e solidificare un letto di polveri metalliche, generando la geometria desiderata. Grazie alla maggiore libertà geometrica offerta da queste tecnologie, la transfer line è stata riprogettata per essere ottimizzata dal punto di vista termico e strutturale. Per realizzare tale ottimizzazione, sono state eseguite analisi agli elementi finiti utilizzando il software ANSYS®, che ha permesso di simulare le condizioni operative del componente. Inizialmente è stata simulata la transfer line attualmente in uso e, successivamente, sono stati condotti test sperimentali per validare il modello agli elementi finiti. Una volta verificato il modello, si è proceduto all'ottimizzazione del componente, alla sua realizzazione tramite LPBF e, infine, all'esecuzione di test sperimentali per confermare i risultati previsti dalle simulazioni.