Effects of radiation and light ions behavior in ceramics for Fusion Breeder Blanket
- Autores: Elisabetta Carella
- Directores de la Tesis: María González Viada (dir. tes.), María Teresa Fernández Díaz (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2014
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Carlos Roman Sanchez Lopez (presid.), Raquel González Arrabal (secret.), Ángel Ibarra Sánchez (voc.), Eva Chinarro Martín (voc.), Carlos Moure (voc.)
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- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
Una de las áreas más importantes a desarrollar dentro del marco de la Fusión termonuclear es la envoltura regeneradora (breeder blanket) responsable de la producción y extracción del tritio, componente fundamental del reactor. Dada su función múltiple como generador de tritio y envoltura protectora de los imanes, este componente tiene que trabajar bajo condiciones severas de irradiación y temperatura a la vez que conservar sus características físico-químicas para seguir produciendo tritio de forma eficiente a lo largo del tiempo. Se han desarrollado numerosos modelos, muy diferentes entre ellos, que serán testados en ITER, el primer reactor experimental de Fusión magnética. Entre ellos, el más antiguo y más estudiado es el modelo de breeder sólido compuesto por cerámicas de litio como generadoras de tritio y de berilio como multiplicador de neutrones. Este modelo a su vez puede contar con dos diferentes tipos de refrigeración: vía agua (Water Cooled Pebble Bed o WCPB) o vía helio (Helium Cooled Pebble Bed o HCPB). El modelo desarrollado por Europa es el HCPB, aunque los resultados encontrados en esta tesis se pueden trasladar también al WCPB, desarrollado principalmente por Japón.
La cantidad de tritio existente en un reactor en un momento dado se conoce con el término inventario de tritio. Debido al riesgo radiológico asociado a su liberación, el inventario de tritio en un reactor debe ser mínimo, por lo tanto se debe controlar su cantidad y velocidad de producción así como su transporte o difusión en el sólido. Tanto la difusión como la solubilidad son dos fenómenos fuertemente dependientes de la temperatura y de los daños introducidos en la red cristalina por la radiación.
La idea principal del presente trabajo es estudiar el comportamiento de diferentes cerámicas de litio en condiciones similares a la de operación, para entender el efecto de la radiación en las propiedades del sólido y el comportamiento del combustible del reactor de Fusión, el tritio, mediante la extrapolación de medidas indirectas.
Si se considera la función de blindaje de los imanes, es muy importante que la capacidad aislante de la envoltura regeneradora no varíe y, por lo tanto, sus propiedades eléctricas. Por otro lado es conocida la contribución iónica de los óxidos de litio. A partir de estas dos consideraciones, se propone la realización de una serie de medidas de impedancia compleja. La falta de información sobre el comportamiento eléctrico de estas cerámicas bajo irradiación ionizante se ha abordado experimentalmente analizando comparativamente el efecto sobre el carácter aislante y el daño electrónico en el sólido cristalino. Mediante el estudio de la movilidad de los iones de litio en la estructura, se plantea un análisis indirecto del transporte de tritio por un lado y del quemado del litio (burn-up) por otro.
Contemporáneamente se ha llevado a cabo el estudio del comportamiento de iones ligeros, deuterio y helio, en diferentes cerámicas de litio. Dada la dificultad en el manejo del tritio, isotopo radiactivo del hidrógeno, se propone el seguimiento y análisis del deuterio y del helio-3 por ser los elementos de características físico-químicas más próximas al tritio. Se trata de extrapolar la información obtenida a partir de sus dinámicas de difusión bajo diferentes condiciones experimentales. A lo anterior se añade el interés del estudio del helio-3 por ser el producto de decaimiento del T. Su comportamiento puede resultar de especial interés en el tratamiento de materiales cerámicos desgastados. Este trabajo experimental se ha llevado a cabo gracias a dos proyectos europeos (SPIRIT y EMIR) que han permitido efectuar las medidas experimentales aquí presentadas.
