IDR/UPM facilities for liquid bridge experimentation on earth under microgravity conditions

Besides space laboratories for in-orbit experimentation, Earth based facilities for laboratory experimentation are of paramount importance for the enhancement on liquid bridge knowledge. In spite of the constraints imposed by simulated microgravity (which force to work either with very small size liquid bridges or by using the Plateau tank technique, amongst other techniques), the availability and accessibility of Earth facilities can circumvent in many cases the drawbacks associated with simulated microgravity conditions. To support theoretical and in orbit experimental studies on liquid bridges under reduced gravity conditions, several ground facilities were developed at IDR. In the following these ground facilities are briefly described, and main results obtained by using them are cited.

Design of a new neutron delivery system for high flux source

La construcción en la actualidad de nuevas fuentes para el uso de haces de neutrones así como los programas de renovación en curso en algunas de las instalaciones experimentales existentes han evidenciado la necesidad urgente de desarrollar la tecnología empleada para la construcción de guías de neutrones con objeto de hacerlas mas eficientes y duraderas. Esto viene motivado por el hecho de que varias instalaciones de experimentación con haces de neutrones han reportado un número de incidentes mecánicos con tales guías, lo que hace urgente el progresar en nuestro conocimiento de los susbtratos vítreos sobre los cuales se depositan los espejos que permiten la reflexión total de los neutrones y como aquellos se degradan con la radiación. La presente tesis se inscribe en un acuerdo de colaboración establecido entre el Institut Max von Laue - Paul Langevin (ILL) de Grenoble y el Consorcio ESS-Bilbao con objeto de mejorar el rendimiento y sostenibilidad de los sistemas futuros de guiado de neutrones. El caso de la Fuente Europea de Espalación en construcción en Lund sirve como ejemplo ya que se contempla la instalación de guías de neutrones de más de 100 metros en algunos de los instrumentos. Por otro lado, instalaciones como el ILL prevén también dentro del programa Endurance de rejuvenecimiento la reconstrucción de varias líneas de transporte de haz. Para el presente estudio se seleccionaron cuatro tipos de vidrios borosilicatados que fueron el Borofloat, N-ZK7, N-BK7 y SBSL7. Los tres primeros son bien conocidos por los especialistas en instrumentación neutrónica ya que se han empleado en la construcción de varias instalaciones mientras que el último es un candidato potencial en la fabricación de substratos para espejos neutrónicos en un futuro. Los cuatro vidrios tiene un contenido en óxido de Boro muy similar, approximadamente un 10 mol.%. Tal hecho que obedece a las regulaciones para la fabricación de estos dispositivos hace que tales substratos operen como protección radiológica absorbiendo los neutrones transmitidos a través del espejo de neutrones. Como contrapartida a tal beneficio, la reacción de captura 10B(n,_)7Li puede degradar el substrato vítreo debido a los 2.5 MeV de energía cinética depositados por la partícula _ y los núcleos en retroceso y de hecho la fragilidad de tales vidrios bajo radiación ha sido atribuida desde hace ya tiempo a los efectos de esta reacción. La metodología empleada en esta tesis se ha centrado en el estudio de la estructura de estos vidrios borosilicatados y como esta se comporta bajo condiciones de radiación. Los materiales en cuestión presentan estructuras que dependen de su composición química y en particular del ratio entre formadores y modificadores de la red iono-covalente. Para ello se han empleado un conjunto de técnicas de caracterización tanto macro- como microscópicas tales como estudios de dureza, TEM, Raman, SANS etc. que se han empleado también para determinar el comportamiento de estos materiales bajo radiación. En particular, algunas propiedades macroscópicas relacionadas con la resistencia de estos vidrios como elementos estructurales de las guías de neutrones han sido estudiadas así como también los cambios en la estructura vítrea consecuencia de la radiación. Para este propósito se ha diseñado y fabricado por el ILL un aparato para irradiación de muestras con neutrones térmicos en el reactor del ILL que permite controlar la temperatura alcanzada por la muestra a menos de 100 °C. Tal equipo en comparación con otros ya existences permite en cuestión de dias acumular las dosis recibidas por una guía en operación a lo largo de varios años. El uso conjunto de varias técnicas de caracterización ha llevado a revelar que los vidrios aqui estudiados son significativamente diferentes en cuanto a su estructura y que tales diferencias afectan a sus propiedades macroscópicas asi como a su comportamiento bajo radiación. Tal resultado ha sido sorprendente ya que, como se ha mencionado antes, algunos de estos vidrios eran bien conocidos por los fabricantes de guías de neutrones y hasta el momento eran considerados prácticamente similares debido a su contenido comparable en óxido de Boro. Sin embargo, los materiales N-BK7 and S-BSL7 muetran gran homogeneidad a todas las escalas de longitud, y más específicamente, a escalas nanométricas las subredes de Sílice y óxido de Boro se mezclan dando logar a estructuras locales que recuerdan a la del cristal de Reedmergnerita. Por el contrario, N-ZK7 y Borofloat muestran dominios separados ricos en Sílice o Boro. Como era de esperar, las importantes diferencias arriba mencionadas se traducen en comportamientos dispares de estos materiales bajo un haz de neutrones térmicos. Los resultados muestran que el N-BK7 y el S-BSL7 son los más estables bajo radiación, lo que macroscópicamente hace que estos materiales muestren un comportamiento similar expandiéndose lentamente en función de la dosis recibida. Por el contario, los otros dos materiales muestran un comportamiento mucho más reactivo, que hace que inicialmente se compacten con la dosis recibida lo que hace que las redes de Silicio y Boro se mezclen resultando en un incremento en densidad hasta alcanzar un valor límite, seguido por un proceso de expansión lenta que resulta comparable al observado para N-BK7 y SBSL7. Estos resultados nos han permitido explicar el origen de las notorias diferencias observadas en cuanto a las dosis límite a partir de las cuales estos materiales desarrollan procesos de fragmentación en superficie. ABSTRACT The building of new experimental neutron beam facilities as well as the renewal programmes under development at some of the already existing installations have pinpointed the urgent need to develop the neutron guide technology in order to make such neutron transport devices more efficient and durable. In fact, a number of mechanical failures of neutron guides have been reported by several research centres. It is therefore important to understand the behaviour of the glass substrates on top of which the neutron optics mirrors are deposited and how these materials degrade under radiation conditions. The case of the European Spallation Source (ESS) at present under construction at Lund is a good example. It previews the deployment of neutron guides having more than 100 metres of length for most of the instruments. Also, the future renovation programme of the ILL, called Endurance, foresees the refurbishment of several beam lines. This Ph.D. thesis was the result of a collaboration agreement between the ILL and ESS-Bilbao aiming to improve the performance and sustainability of future neutron delivery systems. Four different industrially produced alkali-borosilicate glasses were selected for this study: Borofloat, N-ZK7, N-BK7 and SBSL7. The first three are well known within the neutron instrumentation community as they have already been used in several installations whereas the last one is at present considered as a candidate for making future mirror substrates. All four glasses have a comparable content of boron oxide of about 10 mol.%. The presence of such a strong neutron absorption element is in fact a mandatory component for the manufacturing of neutron guides because it provides a radiological shielding for the environment. This benefit is however somewhat counterbalanced since the resulting 10B(n,_)7Li reactions degrade the glass due to the deposited energy of 2.5 MeV by the _ particle and the recoil nuclei. In fact, the brittleness of some of these materials has been ascribed to this reaction. The methodology employed by this study consisted in understanding the general structure of borosilicates and how they behave under irradiation. Such materials have a microscopic structure strongly dependent upon their chemical content and particularly on the ratios between network formers and modifiers. The materials have been characterized by a suite of macroscopic and structural techniques such as hardness, TEM, Raman, SANS, etc. and their behaviour under irradiation was analysed. Some macroscopic properties related to their resistance when used as guide structural elements were monitored. Also, changes in the vitreous structure due to radiation were observed by means of several experimental tools. For such a purpose, an irradiation apparatus has been designed and manufactured to enable irradiation with thermal neutrons within the ILL reactor while keeping the samples below 100 °C. The main advantage of this equipment if compared to others previously available was that it allowed to reach in just some days an equivalent neutron dose to that accumulated by guides after several years of use. The concurrent use of complementary characterization techniques lead to the discovery that the studied glasses were deeply different in terms of their glass network. This had a strong impact on their macroscopic properties and their behaviour under irradiation. This result was a surprise since, as stated above, some of these materials were well known by the neutron guide manufacturers, and were considered to be almost equivalent because of their similar boron oxide content. The N-BK7 and S-BSL7 materials appear to be fairly homogeneous glasses at different length scales. More specifically, at nanometre scales, silicon and boron oxide units seem to mix and generate larger structures somewhat resembling crystalline Reedmergnerite. In contrast, N-ZK7 and Borofloat are characterized by either silicon or boron rich domains. As one could expect, these drastic differences lead to their behaviour under thermal neutron flux. The results show that N-BK7 and S-BSL7 are structurally the most stable under radiation. Macroscopically, such stability results in the fact that these two materials show very slow swelling as a function or radiation dose. In contrast, the two other glasses are much more reactive. The whole glass structure compacts upon radiation. Specifically, the silica network, and the boron units tend to blend leading to an increase in density up to some saturation, followed by a very slow expansion which comes to be of the same order than that shown by N-BK7 and S-BSL7. Such findings allowed us to explain the drastic differences in the radiation limits for macroscopic surface splintering for these materials when they are used in neutron guides.

Jacques Tati : vivienda experimental y espacio de trabajo a mediados del siglo XX

La obra fílmica del director francés Jacques Tati podría considerarse como el perfecto reflejo del paradigma edificatorio de mediados del siglo XX en plena posguerra europea, una época ávida de transformaciones de las que el cine supo hacerse eco. Particularmente, el cine de Tati refleja las preocupaciones del ciudadano europeo de posguerra sobre las consecuencias de las masivas construcciones erigidas en sus devastados núcleos urbanos y la puesta en práctica de la ciudad funcional propuesta por la Carta de Atenas (1931). Pero, además, el análisis del cine de Jacques Tati permite un acercamiento a la modernidad desde diversos puntos de vista como la movilidad, el diseño urbano, las nuevas construcciones, los espacios de trabajo en los nuevos distritos terciarios, la vivienda -tradicional, moderna y experimental- o el diseño mobiliario en la posguerra. A través de su alter ego -Monsieur Hulot- Tati interacciona curioso con las nuevas construcciones geométricas de paños neutros y cuestiona su ruptura con la tradición edificatoria francesa, enfatizando la oposición entre el pasado nostálgico y la modernidad de las décadas de los 50 y 60, salpicadas por el consumismo feroz del recién estrenado estado de bienestar. La confrontación funcional, volumétrica, estética e incluso cromática entre ambos mundos construidos –el tradicional y el moderno- invita al espectador a un ejercicio de reflexión y crítica sobre la arquitectura moderna de este período en Europa. En particular, la mirada cinematográfica de Tati se centra en dos conceptos fundamentales. Por una parte, su atención se dirige a la famosa casa mecanicista Le Corbuseriana materializada en la ultra-moderna casa Arpel (Mon Oncle, 1958) y proyectada en la misma época en la que se desarrollaban importantes prototipos de vivienda experimental como la Casa de Futuro de Alison y Peter Smithson o las viviendas de Jean Prouvé. Debe ponerse de manifiesto que la crítica de Jacques Tati no se centraba en la arquitectura moderna en sí misma sino en el empleo erróneo que los usuarios pudieran hacer de ella. Por otro lado, Tati centra su atención en el prisma miesiano a través de los bloques de oficinas que conforman la ciudad de Tativille en Playtime (1967). Se trataba de una gran ciudad moderna construida explícitamente para el rodaje de la película y basada en los casi idénticos tejidos urbanos residenciales y terciarios ya en funcionamiento en las principales capitales europeas y norteamericanas en aquellos años. Tativille funcionaría como una ciudad autónoma disponiendo de diversas instalaciones y con el objetivo de integrarse y consolidarse en la trama urbana parisina. Lamentablemente, su destino al final del rodaje fue bien distinto. En definitiva, el análisis de la producción fílmica de Jacques Tati permite un acercamiento a la arquitectura y al urbanismo modernos de posguerra y al contexto socio-económico que favoreció su crecimiento y expansión. Por ello, su obra constituye una herramienta visual muy útil que aún hoy es consultada y mostrada por su claridad y humor y que invita a los ciudadanos –telespectadores- a participar en un ejercicio crítico arquitectónico hasta entonces reservado a los arquitectos. ABSTRACT The film work of French director Jacques Tati could be considered as the perfect reflection of the mid-20th century European post-war building paradigm, a period of time plenty of transformations perfectly echoed by cinema. In particular, Tati’s film work reflects the European post-war citizen’s concerns about the consequences of massive constructions built in their desvastated urban centres, as well as the development of functional cities proposed by the Athens Charter (1931). But, on top of that, an analysis of Jacques Tati’s cinematography allows for an approach to modernity from different perspectives, such as mobility, urban design, new buildings, working spaces in the new tertiary districts, housing -traditional, modern, and experimental-, or furniture design during the post-war period. Embodied by his alter-ego –Monsieur Hulot,- Tati curiously interacts with the new geometric constructions of neutral facades and questions the break with the French building tradition, highlighting the opposition between the nostalgic past and modernity of the 50s and 60s, affected by the fierce consumerism of the new welfare state. The functional, volumetric, aesthetic and even chromatic confrontation between both built worlds –traditional vs modern- invites the viewer to an exercise of meditation and criticism on the European modern architecture of that period. Tati’s film look is particularly focused on two basic concepts: on the one hand, his attention addresses Le Corbusier’s famous mechanistic house which is materialized in the ultra-modern Arpel house (Mon Oncle, 1958) and designed, in turn, when the development of other important experimental dwelling prototypes like Alison and Peter Smithson’s House of the Future or Jean Prouvé´s houses was taking place. It must be highlighted that Jacques Tati’s criticism was not addressed to modern architecture itself but to the wrong use that citizens could make of it. On the other hand, Tati focuses on the Miesian prism through the office buildings that shape the city of Tativille in Playtime (1967). It was a big, modern city built specifically for the film shooting, and based on the almost identical residential and tertiary urban fabrics already active in the main European and American capitals those years. Tativille would work as an autonomous city, having several facilities at its disposal and with the goal of getting integrated and consolidated into the Parisian urban weave. However, its final use was, unfortunately, quite different. In conclusion, an analysis of Jacques Tati’s film production allows for an approach to modern post-war architecture and urbanism, as well as to the socio-economic context that favoured its growth and expansion. As a result of this, Jacques Tati’s film production constitutes a suitable visual tool which, even nowadays, is consulted and shown due to its clarity and humour, and at the same time invites citizens –viewers- to participate in an architectural criticism exercise that, so far, had been reserved to architects.