Study of the evolution of irradiation induced defects in FeCrx model alloys for fusion applications by means of in-situ resistivity techniques

• Autores: Begoña Gómez-Ferrer Herrán
• Directores de la Tesis: Rafael Vila Vázquez (dir. tes.), David Jiménez Rey (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2014
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Ramiro Pareja (presid.), Rafael Pérez Casero (secret.), Miguel Manso Silván (voc.), Juan Carlos Hidalgo Vera (voc.), Christopher O. Ortiz (voc.)
• Materias:
  • Física
    • Electromagnetismo
      • Conductividad
    • Física del estado sólido
      • Interacción de la radiación con los sólidos
  • Ciencias tecnológicas
    • Tecnología nuclear
      • Reactores de fusión nuclear
    • Tecnología de las telecomunicaciones
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • Los aceros ferrítico/martensíticos de baja activación son materiales candidatos para los futuros reactores de fusión. Su comportamiento bajo radiación puede ser simulado en primera aproximación mediante aleaciones modelo Fe-Cr. Se ha demostrado que concentraciones significativas de Cr, entre 6-14 at.%, son necesarias para proveer a los aceros buenas propiedades mecánicas de resistencia a la radiación y a la corrosión. Se sabe también que la evolución de la microestructura de los materiales inducida por la radiación neutrónica depende del contenido en Cr. El conocimiento del papel del Cr en la evolución de defectos es por tanto vital, pero en el presente es aún incompleto. Dentro de este marco, el objetivo de este trabajo es ampliar el estudio experimental de la interacción y la cinética de defectos puntuales en estas aleaciones concentradas. Esto permite ampliar la cantidad de datos experimentales fiables para validación de simulaciones computacionales y poder así consolidar su desarrollo. Por tanto, con este fin, se ha diseñado y construido un sistema experimental adecuado y posteriormente llevado a cabo experimentos de Recuperación de Resistividad en FeCrx (x = 0, 0.05, 0.10, 0.14).

    En los primeros capítulos el lector encontrará la motivación de este trabajo (Capítulo 1) y un capítulo introductorio donde se explican los principios básicos de la naturaleza de la resistividad en aleaciones binarias no-simples, los efectos de la radiación y la naturaleza y metodología de los experimentos de Recuperación de Resistividad (Capítulo 2).

    El Capítulo 3 está dedicado a explicar en profundidad el diseño, desarrollo y puesta a punto del sistema experimental que ha sido la principal actividad desarrollada en esta tesis doctoral. Descrito brevemente, el método consiste en irradiar las muestras a temperaturas criogénicas con iones altamente energéticos para inducir daño por desplazamiento e inmovilizar los defectos formados. Posteriormente, las muestras se someten a un proceso de recocido por pasos donde la temperatura es incrementada una cierta cantidad a cada paso. La evolución del daño en la microestructura se monitoriza con medidas de la resistividad de la muestra irradiada a cada paso del recocido. La variación registrada de la resistividad provee información sobre la movilidad, recombinación y agregación de defectos. Cabe destacar, que en el transcurso de este trabajo, además de montar la técnica experimental se ha propuesto un método mejorado para medir la recuperación de la resistividad en aleaciones concentradas, que se detalla en el Capítulo 2.

    En el Capítulo 4 se presenta un resumen de lo que se sabe específicamente de la Recuperación de la Resistivitdad en las aleaciones Fe-Cr, incluyendo la discusión y el repaso del estado del arte en el Fe puro y las aleaciones diluidas dado que resulta fundamental para dar el salto a la comprensión del sistema Fe-Cr concentrado que todavía presenta muchas incógnitas tanto desde el punto de vista experimental como de simulaciones.

    Finalmente los resultados experimentales, la discusión y las conclusiones se presentan en los capítulos 5 y 6. El nuevo método propuesto abre una posibilidad de obtener resultados de recuperación de la resistividad más adecuados para validar las simulaciones computacionales. También pone de manifiesto fenómenos, no observados anteriormente, relativos al comportamiento del Cr en presencia de migración de defectos que aún no se entienden bien y deben ser estudiados. Finalmente la comparativa de las medidas obtenidas en este trabajo con los escasos datos experimentales de la literatura, permite hacer una discusión crítica sobre la utilidad de esta técnica, poniendo de manifiesto su complejidad tanto experimental como de interpretación.