Tesis:
Estudio avanzado mediante modelos multiescala del daño por irradiación en aleaciones ferríticas.
- Autor: MARIAN DE DIEGO, Jaime
- Título: Estudio avanzado mediante modelos multiescala del daño por irradiación en aleaciones ferríticas.
- Fecha: 2002
- Materia: Sin materia definida
- Escuela: E.T.S. DE INGENIEROS INDUSTRIALES
- Departamentos: INGENIERIA NUCLEAR
- Acceso electrónico:
- Director/a 1º: PERLADO MARTIN, José Manuel
- Resumen: A medida que se recrudecen los problemas medioambientales debido a las emisiones de gases de efecto invernadero, las centrales nucleares existentes hoy en día en Europa occidental y EEUU están alcanzando su límite de vida operativa. Para poder ampliar la vida útil de los reactores en operación, es fundamental garantizar la integridad estructural de las vasijas de presión que los contienen. Los aceros de los que están compuestas las vasijas de presión en los reactores nucleares de agua ligera de diseño occidental son fundamentalmente de base ferrítica, con una microestructura compleja, debido a los tratamientos térmicos y al mecanizado que sufren antes de su instalación y una composición química variada, con multitud de aleantes intencionados y no intencionados. Al encontrarse sometidos a irradiación neutrónica durante más de 30 años, sus propiedades mecánicas se degradan hasta puntos mensurables pero cuya verdadera proyección en la vida operativa de los reactores es desconocida. De manera similar, uno de los materiales con más posibilidades de ser usado como material de primera pared en futuros reactores de fusión son los aceros de matriz ferrítica de baja activación. Estos aceros, si cabe, estarán sometidos a flujos y fluencias varios órdenes de magnitud superiores a los que se encuentran en reactores de fisión, con las consiguientes pérdidas de propiedades mecánicas y efectos nocivos en la operatividad de estas instalaciones. La propiedad mecánica cuya degradación es más evidente es la resistencia a la fractura, la cual puede ser medida en ensayos Charpy y está caracterizada por un corrimiento en la temperatura de transición dúctil-frágil. Esto, fundamentalmente, se produce a causa de la fragilización por endurecimiento que surge como consecuencia de la formación de un variado número de defectos. Éstos se oponen al libre movimiento de las dislocaciones existentes en el material bajo la aplicación de esfuerzos externos, lo cual resulta en el endurecimiento del material, caracterizado por un aumento de la tensión de fluencia. La formación de estos defectos, que pueden ser de naturaleza intersticial, vacante, fases precipitadas, etc., es un proceso que se produce a escala atómica y, por tanto, ha de ser estudiado con las herramientas apropiadas. Por lo tanto, como se puede ver, el daño por irradiación es un fenómeno que tiene lugar en escalas espacio-temporales que cubren entre 15 y 20 órdenes de magnitud, por lo que ha sido llamado multiescala. En general, las técnicas experimentales de microscopía más finas tienen un límite de resolución de 1 nm, insuficiente en muchos casos para estudiar aun amplio número de defectos. A pesar de que técnicas como la sonda atómica o la espectroscopía de positrones permiten la investigación de defectos a escala atómica, todavía existe un gran número de procesos que no pueden ser estudiados experimentalmente. Sin embargo, el reciente desarrollo de herramientas de simulación computacionales ha permitido abrir el campo de los defectos puntuales y sus interacciones a la investigación del daño por irradiación. Aún así, debido a la naturaleza multiescala del problema, la potencia de las computadoras más avanzados hoy en día solamente permite cubrir tiempos de nanosegundos y espacios del orden de micras. Por todas estas razones, un modelo completo de fragilización, que incluya todas las escalas de espacio y tiempo relevantes no ha sido desarrollado todavía, y las estimaciones actuales de fragilización se basan sólo en aproximaciones semi-empíricas muy rústicas cuya fiabilidad es dudosa. En esta tesis se presentan los últimos resultados de un modelo multiescala, con énfasis en los procesos atómicos, del endurecimiento en aleaciones ferríticas. Los resultados obtenidos permiten identificar mecanismos que ayudan a unir las diferentes escalas del problema y mejoran los modelos de fragilización existentes hasta la fecha.