Defectos Estructurales y Avances en la Ciencia de Materiales Compuestos y Fusión Nuclear
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Huecos (Voids) en Materiales Compuestos
Un vacío es un poro que permanece desocupado en un material compuesto. Un vacío es típicamente el resultado de una imperfección del proceso de transformación del material y generalmente se considera indeseable.
Debido a que un vacío representa una falta de uniformidad en un material compuesto, puede afectar significativamente las propiedades mecánicas y la vida útil del material. Esto es problemático porque la formación y propagación de grietas pueden generar un comportamiento impredecible en el laminado.
Impacto del Contenido de Huecos
- Para aplicaciones aeroespaciales, un contenido de huecos de aproximadamente el 1% es apropiado para el rendimiento.
- Otros grados de materiales compuestos pueden tolerar entre un 3% y 5% de contenido vacío.
Un pequeño cambio en el porcentaje de contenido de huecos puede no parecer un gran problema; sin embargo, para un laminado de material compuesto de fibra de carbono cargado, un aumento del 1% al 3% en contenido de huecos puede reducir las propiedades mecánicas del material compuesto hasta en un 20% [3].
El contenido de huecos en los materiales compuestos se representa como una relación, también llamada relación de vacíos, donde se toman en cuenta el volumen de huecos, el material sólido y el volumen mayor.
¿Qué es el Efecto de Endurecimiento por Irradiación?
Los cambios en la microestructura inducidos por la radiación neutrónica contribuyen de manera importante al comportamiento de los componentes internos durante la operación de los reactores nucleares. La radiación neutrónica induce defectos en la microestructura en forma de bucles de dislocación y también provoca la redistribución de átomos de soluto e impurezas.
Dislocación Helicoidal o de Tornillo
El método descrito por Jin y su equipo depende de lo que los científicos llaman una ‘dislocación helicoidal o de tornillo’. Estas dislocaciones son fundamentales para el crecimiento y las características de todos los materiales cristalinos.
Formación de Estructuras Cristalinas
Como su nombre indica, estos defectos guían la formación de “escaleras de caracol” en una superficie cristalina perfecta. Al colocarse los átomos en la superficie cristalina, forman una estructura sorprendentemente similar en apariencia a las rampas en espiral de los aparcamientos de varios pisos.
Burbujas de Helio (Helium Bubbles)
A temperatura ambiente, los electrones en los gases nobles se mueven libremente, limitados solamente por las colisiones con los átomos de interacción débil. Su movilidad, que depende de la densidad del gas y la temperatura, está bien descrita por la teoría cinética clásica.
A medida que se reduce la temperatura, la movilidad de los electrones disminuye, ya que los átomos de helio se ralentizan a temperatura más baja y no interactúan con el electrón con la misma frecuencia.
Teoría de la Burbuja de Electrones
Por debajo de una temperatura crítica, la movilidad de los electrones cae rápidamente a un valor muy por debajo de lo que se espera clásicamente. Esta discrepancia llevó al desarrollo de la teoría de la burbuja de electrones. A bajas temperaturas, los electrones inyectados en helio líquido no se mueven libremente como uno podría esperar, sino que forman pequeñas burbujas de vacío a su alrededor.
¿Por qué la Física Nuclear es una Buena Opción Energética Hoy en Día?
La física nuclear se presenta como una buena opción para la creación de energía porque:
- Es virtualmente inagotable.
- No emite CO2.
- Presenta una controlabilidad relativamente segura.
- Su combustible posee una alta densidad energética, entre otros factores.
¿Qué Problemas Presenta Hoy en Día la Fusión Nuclear?
Los principales problemas que se presentan en la fusión nuclear son:
- La reacción de fusión es sumamente difícil de iniciar y mantener, puesto que se requieren altas temperaturas de millones de grados.
- Los aparatos son técnicamente complejos para la mano de obra común.
- Tienen técnicamente una alta cantidad de consumibles (W, Cu, Steel).
¿Qué Significa ITER?
Por sus siglas en inglés, International Tokamak Experimental Reactor.
Dimensiones y Peso del ITER
El ITER tiene 30 metros de altura $\times$ 30 metros de ancho y un peso de cerca de 23 000 Toneladas.
¿Qué es el ITER y Cuál es su Objetivo?
Este es el proyecto de investigación de energía nuclear más ambicioso del mundo, ya que pretende demostrar desde el punto científico y tecnológico la factibilidad del poder de fusión.