FUSION TERMONUCLEAR

Autor: SALVADOR HERNÁNDEZ MAX.
Año: 2004.
Universidad: POLITÉCNICA DE MADRID.
Centro de lectura: E.T.S. INGENIEROS INDUSTRIALES.
Centro de realización: E.T.S.I INDUSTRIALES.

Resumen: En los años recientes, con el incremento en el costo total de prospección, perforación, extracción y transporte de los combustibles fósiles y sus derivados, la fusión nuclear ofrece a la humanidad una gran oportunidad para su mantenimiento y su desarrollo, aplicando una poderosa y muy limpia energía como lo es ésta. La Física de Materiales es una gran área de investigación envuelta dentro del esfuerzo de la fusión nuclear, su principal objetivo es generar el suficiente conocimiento sobre tres materiales de baja activación: los aceros ferríticos/martensílicos, las aleaciones de vanadio-cromo-titanio y el compuesto carburo de silicio, considerados como principales candidatos para ser materiales estructurales en las cámaras de reacción. Este es un importante área -no sólo por la seguridad del personal de la planta- sino también, para incrementar la vida del reactor nuclear con materiales apropiados que puedan ser satisfactoriamente funcionales y de económica explotación. El Carburo de Silicio (SiC) es considerado uno de los principales materiales constituyentes de un reactor nuclear de fusión. Hemos desarrollado un modelo físico mecánico-cuántico semi-empírico tight bindign para obtener, por primeros principios, las ocho energías de formación de los defectos elementales o nativos en el carburo de silicio: vacantes de carbono y de silicio (VC-VSi), antiposiciones de carbono y silicio (AC-ASi), y los cuatro intersticiales tetraédricos: intersticial de carbono coordinado carbono y coordinado silicio (CTC-CTSi); intersticial de silicio coordinado carbono y silicio (SiTC-SiTSi), acompañado la ventaja de las sumas de Bloch, con un importante esquema de dinámica molecular, para manejar, en esta primera parte de nuestra investigación, cajas de simulaciones estáticas de: 64 y 216 átomos con el defecto implementado. Hemos calibrado nuestro modelo tight binding respecto al código ab-initio VASP que usa la Teoría del Funcional de Densidad (DFT) y la Aproximación de la Densidad Local (LDA), obteniendo un parámetro fundamental como es la entalpía de formación del compuesto SiC (?HSiC), además de las diversas estequiometrías que dependen del importante papel que posee el potencial químico (u). Hemos desarrollado también nuestra investigación con otros dos modelos físicos: el (DINMOL) de la Universidad de Cagilari, que usa el potencial clásico de Tersoff y éste ab-initio VASP, para obtener así, las ocho energías de formación de los defectos, y también, hemos comparado nuestros resultados con otros modelos ab-initio y potenciales de Tersoff, haciendo una evaluación importante sobre los resultados de estos investigadores y nuestros propios resultados. Hemos establecido un promedio pesado en nuestro potencial repulsivo de pares F (R) con (FCC = 0.50) para el carbono y con (FSiSi = 0.28) para el silicio, además de establecer un parámetro de red de 4.295 Angstroms. Con este criterio, hemos desarrollado la segunda parte de nuestra investigación que es la obtención de los coeficientes de difusión y las energías de migración de los intersticiales de carbono y de silicio, además de establecer que el mecanismo de difusión de los defectos que es aquel mejor conocido como de kick-out. Hemos comparado nuestros resultados en la difusión con aquellas simulaciones de los intersticiales usando el potencial de Tersoff y demostramos que, aplicando este potencial clásico, no existe difusión con aquellas simulaciones delos intersiciales usando el potencial de Tersoff y demostramos que, aplicando e 8 ste pote 42b ncial clásico, no existe difusión delos intersticiales (como de las vacantes) dentro del cristal del SiC. Nuestro resultados en la difusión también presenta un buen acuerdo con los datos experimentales, concluyendo que ahora tenemos una potente herramienta computacional que usa a la dinámica molecular mecánico-cuántica semi-empírica (tight binding) aplicada a un material biátomico como lo es el compuesto de Carburo de Silicio.

Autor: FUENTES LÓPEZ CÁNDIDA.
Año: 2006.
Universidad: COMPLUTENSE DE MADRID.
Centro de lectura: FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS.
Centro de realización: FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS UCM.

Resumen: Se ha desarrollado un sistema de calentamiento por inyección de haces neutros (NBI) para el dispositivo de confinamiento magnético TJ-II, en el que se generan e inyectan haces de átomos de hidrógeno acelerados a energías de 40 keV y potencia entre 700 y 1500 kW. TJ-II es el primer dispositivo de fusión con eje helicoidal que hace uso de un sistema de inyección de neutros. El alto grado de helicidad del TJ-II le confiere a su estructura geométrica un carácter fuertemente tridimensional que incrementa considerablemente la complejidad del sistema de calentamiento en dos aspectos objeto de estudio en esta memoria: * El plasma presenta una sección transversal en forma de judía que rota alrededor de la bobina central, de forma que el eje magnético sigue una hélice de radio 0,28 m. Por esta razón, se ha prestado especial atención en esta memoria a establecer y optimizar una geometría de inyección que garantice una suficiente absorción del haz en el plasma. * Algunas zonas de la cámara de vacío del TJ-II quedan expuestas a la interacción directa con el haz de neutros. El análisis detallado de la distribución de cargas térmicas en el interior de la cámara de vacío del TH-II, el diseño de protecciones adecuadas y el estudio de la evolución térmica de dichas protección ha sido un elemento importante del programa de trabajo de tesis. Para ello, han tenido que adaptarse códigos de cálculo utilizados en otros dispositivos experimentales de fusión dotándolo de la tridimensionalidad que caracteriza al tJ-II. Dada la particular importancia de la optimización y control de los parámetros de inyección, otra de las principales motivaciones de esta Tesis Doctoral ha sido el desarrollo de diagnósticos, específicamente adaptados a las necesidades de TJ-II, capaces demonitorizar los parámetros más relevantes en la eficiencia del sistema de inyección. Así pues, se ha establecido un sistema de medida de temperatura con termopares en el borde del haz, con el que detectar de modo inmediato posibles inhomogeneidades del haz o desalineamientos en la dirección de inyección. Además, se ha desarrollado un diagnostico basado en termografia infrarroja, con el que se obtiene el mapa de distribución de potencia del haz de neutros, que la diferencia de otros dispositivos de fusión, permite una caracterización y optimización "in situ" del haz, después de su transmisión a través del ducto. Todas las tareas llevadas a cabo a lo largo de la realización de esta Tesis Doctoral han servido para optimizar experimentalmente la transmisión del haz de neutros y por tanto incrementar la potencia inyectada en TJ-II. En breve, entrará en operación una segunda línea de inyección de neutros, en la que se aplicarán los criterios de operación y optimización deducidos de esta experiencia, y se instalarán réplicas de los diagnósticos desarrollados para la línea de inyección objeto de estudio hasta el momento.