Influencia de los Componentes Metalúrgicos C, Cr y P en la Permeabilidad del Hidrógeno para Aleaciones Férreas

Résumé

La alta dependencia del sistema energético actual con respecto a los combustibles fósiles es un problema al que la humanidad debe hacer frente. Más allá de las consideraciones medioambientales que se puedan asociar a la combustión de los propios combustibles fósiles, las reservas de los mismos son finitas y a largo plazo se verán agotadas. Para afrontar esta situación se plantea el uso de la energía nuclear de fusión como opción tecnológica alternativa a medio plazo. En términos generales se espera que la fusión nuclear pueda suponer una fuente de energía masiva inagotable, limpia y segura.En este contexto el proyecto ITER pretende demostrar la viabilidad tecnológica de la fusión nuclear por confinamiento magnético mediante la construcción de un reactor de fusión que obtenga una potencia superior a la aportada para ponerlo en marcha. Uno de los elementos críticos de este tipo de reactores son las envolturas regeneradoras, a través de las que se debe extraer la energía generada por las reacciones de fusión y, a su vez, proporcionar todo el tritio necesario para mantener la reacción termonuclear durante la vida de la planta.Los materiales que constituirán los diferentes componentes de las futuras plantas de fusión estarán sujetos a la interacción con los isótopos de hidrógeno. El conocimiento de esta interacción resulta fundamental, sobre todo en las mencionadas envolturas regeneradoras, ya que condiciona la viabilidad de regeneración de tritio. Se debe recoger el tritio generado y transportarlo adecuadamente sin que se produzcan pérdidas sustanciales por difusión y absorción en el seno de dichos materiales, de manera que la gestión del combustible tritio se realice de manera eficiente.Todas las envolturas regeneradoras propuestas para ser ensayadas en ITER utilizarán un acero ferrítico-martensítico de baja activación neutrónica como material estructural. Resulta fundamental, por tanto, conocer los parámetros de transporte de los isótopos de hidrógeno en dichos acerosLa presente tesis tiene por objeto analizar los flujos de permeación de hidrógeno en diferentes aleaciones ferríticas con composiciones metalúrgicas controladas para poder analizar el efecto de dicha composición metalúrgica en la permeabilidad del hidrógeno. Para ello se ha empleado la técnica de permeación, una técnica clásica de caracterización del transporte de gas. Las 9 muestras ensayadas son aleaciones adquiridas por EFDA (European Fusion Development Agreement) que cumplen unos estrictos requisitos en cuanto a la composición y a la microestructura. Mediante el ensayo de dichas muestras en la instalación de permeación del Laboratorio de Materiales de Fusión perteneciente al Departamento de Ingeniería Nuclear y Mecánica de Fluidos se ha podido analizar la influencia del C, del Cr y del P en la permeabilidad del hidrógeno para regímenes difusivos. Adicionalmente, se han propuesto expresiones matemáticas para cuantificar la variación de la permeabilidad del hidrógeno en función del contenido de cada uno de los tres componentes mencionados.