Procedure di automazione per il manipolatore dell'esperimento di fisica nucleare NUMEN = Automation procedures for the manipulator of the NUMEN nuclear physics experiment

Il seguente lavoro di tesi si pone come obiettivo quello di studiare, testare e ottimizzare le procedure di automazione del sistema di manipolazione del bersaglio dell’esperimento di fisica nucleare NUMEN. NUMEN è un progetto di ricerca sviluppato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) situato nei Laboratori Nazionali del Sud di Catania. Esso è condotto anche attraverso la cooperazione internazionale di ricercatori ed enti esterni quali, ad esempio, il Politecnico di Torino che supporta l’integrazione meccanica. L’esperimento si propone di studiare la natura dei neutrini attraverso lo studio dei prodotti di reazioni nucleari di doppio scambio di carica ottenute mediante l’interazione di un fascio di ioni con un apposito bersaglio. Il progetto è attualmente in fase di rinnovamento al fine di poter lavorare con un fascio ad alta intensità, il quale implica la gestione dei problemi conseguenti all’aumento delle radiazioni emesse. Per tanto è stato progettato il sistema automatizzato di movimentazione dei bersagli all’interno della camera di scattering oggetto di studio di questa trattazione e sviluppato nella sezione di Torino dell’INFN. Una delle prime fasi di automatizzazione delle procedure prevede la creazione dei sistemi di controllo dei componenti presenti sul sistema. Il manipolatore progettato per il trasporto dei porta bersagli (target holder) è costituito da attuatori pneumatici ed elettro-meccanici, ognuno dei quali necessita di essere gestito attraverso il proprio controllore (driver) che permette la gestione delle movimentazioni da software. Lo studio e la progettazione dei sistemi di controllo ha comportato l’utilizzo di due PLC opportunamente scelti per controllare tutte le attuazioni e consentire la programmazione di cicli automatici. Parallelamente alla realizzazione dei sistemi di controllo sono stati progettati un circuito di sicurezza connesso a tutte le apparecchiature di movimento e una struttura di protezione in plexiglass al fine di salvaguardare la sicurezza di chi opera sul sistema. Una volta definiti i sistemi di controllo e di sicurezza del sistema è stato possibile proseguire con l’attività sperimentale. L’obiettivo è quello di ottenere un’elevata ripetibilità delle procedure per garantire la solidità del sistema di manipolazione dei bersagli. Pertanto, sono stati effettuati diversi test con lo scopo di mettere in evidenza le problematiche presenti nel manipolatore (progettato e montato nel laboratorio, ma mai testato prima) e di proporre delle soluzioni per aumentare la ripetibilità delle operazioni. Le soluzioni proposte per ottimizzare il sistema variano dalla riprogettazione di componenti (da piccoli pezzi a interi sistemi di regolazione) alla modifica delle procedure. Pertanto, ogni test effettuato è costituito da una parte di prova sperimentale seguita da uno studio di ottimizzazione (teorico, analitico-numerico e pratico) e dalla verifica del miglioramento della ripetibilità. Nella parte finale del lavoro di tesi è stata studiata la parte inerente all’implementazione delle procedure dell’alto vuoto e della criogenia. Anche questi macrosistemi sono stati annessi al sistema di controllo del PLC e sono stati testati al fine di poter avere una panoramica complessiva dell’intera procedura automatica di movimentazione richiesta per la gestione dei bersagli dell’esperimento NUMEN.