Deformación plástica de wolframio bajo condiciones de exposición a plasma de fusión
- Autores: Andrii Dubinko
- Directores de la Tesis: Dmitry Terentyev (dir. tes.), Jean-Marie Noterdaeme (dir. tes.), Mercedes Hernández Mayoral (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Complutense de Madrid ( España ) en 2018
- Idioma: español
- Títulos paralelos:
- Plastic deformation of tungsten under fusion-plasma exposure conditions
- Tribunal Calificador de la Tesis: Paloma Fernández Sánchez (presid.), Luis Mario Fraile Prieto (secret.), Gert de Cooman (voc.), Evgeny Zhurkin (voc.), Wouter Van Renterghem (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado Erasmus Mundus en Ciencia e Ingeniería de la Fusión / International Doctoral College in Fusion Science and Engineering (FUSION-DC) por la Universidad Carlos III de Madrid; la Universidad Complutense de Madrid; Instituto Superior Técnico de Lisboa(Portugal); Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching und Greifswald(Alemania); Universiteit Gent(Bélgica); Università degli Studi di Padova(Italia); Universität Stuttgart(Alemania) y Université Henri Poincaré Nancy 1(Francia)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Docta Complutense
- Resumen
El desarrollo de los futuros sistemas de producción de energía de fusión se fundamenta en una adecuada selección de los materiales que están en contacto con el plasma. Uno de esos materiales, el wolframio, es el objeto de esta tesis con la que se contribuye a la investigación y desarrollo, así como a estudios de cualificación, de este material para ITER y DEMO. El mayor desafío de este trabajo doctoral ha sido aplicar la microscopía electrónica de transmisión (TEM por sus siglas en inglés) para investigar los mecanismos de deformación plástica en wolframio de grado comercial expuesto a tratamiento térmico, deformación plástica y al propio plasma. Para ello se han realizado ensayos mecánicos y experimentos de exposición al plasma.
Esta investigación incluye estudios de deformación plástica en ensayos de tracción a temperaturas entre 300 y 600 grados centígrados, que es el rango crítico para fragilización a baja temperatura del divertor enfriado por agua. Se ha realizado la caracterización microestructural del material en estado de recepción, recocido y recristalizado y en condiciones de exposición al plasma mediante TEM con exposición a alto flujo de plasma de deuterio. El estudio revela que los mecanismos de deformación plástica en el wolframio de la especificación de ITER en estado de recepción y recristalizado presentan ciertas diferencias. La comparación de la evolución de la deformación plástica apunta a que una desviación significativa de los mecanismos que intervienen en la deformación se hace patente después de la recristalización. En el wolframio recristalizado, esta deformación está controlada por la multiplicación de dislocaciones y apilamientos formados cerca de las fronteras de grano de alto ángulo, lo cual, eventualmente causa iniciación y propagación de la grieta.
En el caso de wolframio en estado de recepción y forjado, con granos alargados y textura, el principal mecanismo de deformación es la interacción dislocación-frontera de grano y deslizamiento de frontera de grano. Mientras que la ductilidad del wolframio recristalizado está determinada por la absorción/disolución de los apilamientos de dislocaciones formados cerca de las fronteras de grano de alto ángulo. A pesar de esta diferencia, hay diferentes estadios de los procesos de deformación que se producen claramente en los dos tipos de material como se ha juzgado a partir de la evolución de la densidad de dislocaciones y su morfología. La evolución de la densidad de dislocaciones medida demuestra una desviación de la ley clásica de Mecking-Kocks. Este hecho se atribuye al refinamiento del grano y al hecho de que para grandes deformaciones, se produce una formación de estructuras celulares que sirven como núcleo de nuevas intercaras de fronteras de grano de bajo ángulo.
La secuencia de procesos físicos que ocurren bajo la acción del alto flujo de plasma se describen y discuten sobre la base de las evidencias obtenidas de las observaciones de TEM. Además, se describen las medidas experimentales hechas en las muestras estudiadas. La conclusión de este trabajo es que el atrapamiento de los componentes del plasma de alto flujo en la red de dislocaciones así como la consiguiente producción de deformaciones plásticas localizadas son procesos mutuamente relacionados que ocurren simultáneamente durante la exposición al plasma.
Los resultados obtenidos en esta tesis contribuyen a comprender mejor el comportamiento frente a deformación del wolframio y a entender la respuesta del material a la exposición al plasma, proporcionando por primera vez datos de TEM del material en estas condiciones. La tesis contribuye también a establecer la correlación entre los aspectos microestructurales y el comportamiento mecánico del material, lo cual es de interés general para los materiales con aplicaciones nucleares.
