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Premio SNE a la mejor tesis doctoral 2016 sobre ciencia y tecnología nuclear

 

14/03/2017

Fusión nuclear

El investigador del CIEMAT Marcelo Roldán Blanco recibió el pasado 23 de febrero el “Premio SNE 2016 a la mejor Tesis Doctoral sobre Ciencia y Tecnología Nuclear”, otorgado por la Sociedad Nuclear Española. La tesis doctoral fue presentada el día 4 de diciembre de 2015 en la Universidad Rey Juan Carlos y obtuvo la calificación de sobresaliente cum laude. El jurado de este Premio, formado por miembros de la comisión técnica de la SNE, resaltó los méritos que concurren en esta tesis doctoral como publicaciones, comunicaciones científicas y otros indicios de calidad asociados a la tesis. También se valoró la aportación innovadora del trabajo, la aplicabilidad práctica de los resultados, la originalidad del tema elegido, su dificultad para desarrollarlo y la presentación y diseño del informe del trabajo.

  

En el campo de la tecnología nuclear, los materiales estructurales son de especial relevancia, ya que de ellos depende la integridad estructural del reactor. Hoy en día se sabe que la irradiación causa una degradación de las propiedades de los materiales ya sean físicas, ópticas o mecánicas. Desde el punto de vista de la fusión nuclear por confinamiento magnético, y más en concreto del de los materiales estructurales que formarán parte del futuro reactor de fusión, se sabe que van a estar sometidos a un ambiente muy severo: altas temperaturas entre 250 y 550 oC (650 oC para el caso de los ODS), cargas cíclicas y sobre todo a la presencia de la irradiación neutrónica durante su vida en servicio.

  

Dentro de la familia de las aleaciones candidatas para ser materiales estructurales se encuentran los aceros ferríticos martensíticos de activación reducida (RAFM), en concreto los aceros estudiados en la tesis doctoral de Marcelo Roldán Blanco son los denominados EUROFER97 y EU‐ODS EUROFER. En estos aceros la irradiación neutrónica causará daño tanto por desplazamientos atómicos (dpa) como por los gases de transmutación (He e H), que modificarán la microestructura del material, degradando las propiedades del mismo. Se espera que debido a los neutrones de 14 MeV que se generarán por la reacción nuclear de fusión, se originen dentro del material en torno a 10‐15 appm de He/dpa y 40-50 appm H/dpa, con un daño por desplazamiento final de entre 50 y 70 dpa, lo que equivale a una cantidad muy elevada de He e H que se encontrará presente en el interior de estos materiales, modificando su microestructura y en consecuencia dará lugar a una degradación de las propiedades mecánicas.

  

En el marco de las líneas de investigación del CIEMAT referentes a los efectos de la irradiación en los materiales estructurales de fusión, dirigidas por la Dra. Mª del Pilar Fernández, se estableció una colaboración de investigación entre el CIEMAT y la Universidad Rey Juan Carlos (a cargo del catedrático Dr. Joaquín Rams) para la realización de una tesis doctoral mediante una beca FPI concedida al CIEMAT.

  

El objetivo de la tesis era profundizar en el conocimiento de los efectos del He en las propiedades mecánicas de los materiales y en la microestructura de los materiales estructurales EUROFER97 y EU‐ODS EUROFER. Para ello se diseñaron implantaciones con He (en el acelerador del CMAM (UAM) y del CIEMAT), bajo diferentes condiciones experimentales (temperatura, energía de los iones y forma de implantación), así como la aplicación de un tratamiento térmico de recocido a muestras previamente implantadas con el fin de estudiar el efecto de la temperatura en la nucleación, crecimiento y destino de los defectos generados por la implantación. Además, se pretendía validar la técnica de nanoindentación como técnica adecuada para el estudio de los efectos del He en las propiedades mecánicas, operando con los diferentes modos de análisis como son el método cuasi estático y el de medida continua de la rigidez, además de profundizar en los artefactos propios de las técnicas.

  

Actualmente, la División de Tecnología de Fusión del Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT sigue trabajando en diversos proyectos internacionales relacionados tanto con el desarrollo de nuevas aleaciones con mejores propiedades como con la caracterización de defectos de la irradiación en aleaciones modelo como base experimental y respaldo a los avances en simulación.


   

Figura a: Imagen del portamuestras del acelerador del CMAM. Muestras de TEM (discos) y muestras para nanoindentación.

  

Figura b: Control de estabilidad y tamaño haz mediante ionolumiscencia producida por iones de He impactando en el cuarzo sobre papel milimetrado.

  

Figura c: Microscopio electrónico de transmisión de 300 kV del Centro Nacional de Microscopía Electrónica (UCM).

  

Figura d: Recogida del premio otorgado por la Sociedad Nuclear Española.

  

Figura e: Acto de investidura como doctor por la Universidad Rey Juan Carlos.

  
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