Materiales para reactores de fusión: propiedades y desafíos

Materiales para reactores de fusión

Elementos de aleación en aceros

Elementos formadores de ferrita y austenita

Algunos elementos que acompañan a los aceros suaves son C, Si, Mn, P y S.

Los elementos formadores de ferrita incluyen Zr, Ti, Sn, P, V, Nb, W, Mo, Al, Be, Si y Cr.

Los elementos formadores de austenita también incluyen Zr, Ti, Sn, P, V, Nb, W, Mo, Al, Be, Si y Cr.

Acero 316 y resistencia a la corrosión

El acero 316 es conocido por su resistencia a la corrosión, gracias a la presencia de molibdeno.

Tratamientos térmicos EUROFER

Los tratamientos térmicos EUROFER incluyen austenitización (endurecimiento), temple y revenido.

Materiales de alto flujo de calor (High Heat Flux)

Requerimientos generales

Los materiales de alto flujo de calor deben cumplir con los siguientes requisitos:

• Alta conductividad térmica
• Propiedades mecánicas adecuadas
• Baja activación/trasmutación/daños/baja irradiación de neutrones
• Compatibilidad con plasma/refrigerante
• Costos y procesos de fabricación aceptables

Selección de materiales para el DEMO

Para la selección de materiales de alto flujo de calor para el DEMO, se deben considerar los siguientes factores:

• Punto de fusión > 2000 K
• Conductividad térmica > 50 W/mK
• Disponibilidad
• Costo
• Baja/media activación
• Daño por irradiación

Materiales fW Armour y oxidación

Aplicaciones

Se deben investigar las aplicaciones para los materiales fW Armour.

Soluciones para la oxidación

Las posibles soluciones para el problema de la oxidación incluyen:

• Procesos de recubrimiento alternativos
• Opciones de repliegue, como chapado y control de plasma

Pruebas con JUDITH (choque térmico)

Las partes que componen el sistema de prueba JUDITH (choque térmico) son:

1. Pistola de haz de electrones (EB) (200 kW)
2. Cámara de vacío
3. Circuito de refrigeración (RT y 100 °C)
4. Componente de prueba
5. Diagnósticos
6. Sistema portador
7. Brida alternativa para la pistola EB

Desafíos de los materiales Divertor Armour

Las desventajas actuales de los materiales Divertor Armour incluyen:

• Pocos grados de libertad en el desarrollo de mejores materiales
• Falta de conocimiento sobre los efectos de irradiación y mecanismos necesarios
• Falta de opciones de repliegue
• El rendimiento del material está dominado por la física

Enfriamiento por chorro (Jet Cooling)

Presión de He en un "finger"

La presión de He necesaria en un "finger" dentro del sistema de enfriamiento por chorro es de 10 MPa.

Limitaciones de temperatura

El acero ferrítico ODS está limitado a una temperatura de 750 °C, mientras que el acero Eurofer 97 está limitado a 350 °C.

Radio del "finger cooling"

El radio para un "finger cooling" es de 10 mm.

Aceros en un monoblock

Los tipos de acero utilizados en un monoblock incluyen ferrítico ODS, Eurofer ODS y Eurofer 97.

Problemas de maquinado

Algunos problemas en el maquinado para la fabricación de piezas incluyen molienda, torneado y afilado.