Caracterización de recubrimientos como barreras de permeación de tritio y corrosión en reactores de fusión

Abstract

Este trabajo de fin de máster estudia el comportamiento de recubrimientos de carburo de silicio (𝑆𝑖𝐶) depositados sobre sustratos de acero EUROFER 97 para su aplicación en reactores de fusión nuclear. Se han evaluado sus propiedades como barreras de permeación de isótopos de hidrógeno, su estabilidad térmica tras múltiples ciclos, su respuesta frente a irradiación iónica (𝐻𝑒+ 𝑦 𝐻+) y su conductividad eléctrica superficial. En cuanto a esta última, se obtuvieron resistencias del orden de 10−3 Ω ⋅ 𝑚2, adecuadas para mitigar efectos magnetohidrodinámicos en sistemas con 𝑃𝑏𝐿𝑖 líquido. Tras la irradiación con 𝐻𝑒+, se observó un aumento de la resistencia, lo cual podría estar relacionado con modificaciones locales inducidas por la radiación en la estructura amorfa del recubrimiento, posicionando al SiC como un material competitivo frente a otros candidatos. Por otro lado, los recubrimientos mostraron factores de reducción de permeación (𝑃𝑅𝐹) del orden de 104 tras el primer ciclo térmico, superando el umbral funcional. No obstante, se detectó una pérdida progresiva de eficacia con los ciclos sucesivos, atribuible a posibles deficiencias en el sistema de sellado, oxidación superficial y alteraciones químicas en el recubrimiento. También se observó una menor desorción de deuterio en muestras previamente irradiadas con helio, lo que sugiere una posible interacción entre ambos elementos. Sin embargo, no se ha podido determinar si este comportamiento se debe a una mayor retención en defectos inducidos por el helio o a una menor adsorción inicial del hidrógeno, por lo que serán necesarios experimentos adicionales para clarificar este mecanismo. Estos resultados constituyen una base sólida para futuras investigaciones en condiciones experimentales más representativas de operación real en reactores de fusión, orientadas tanto a validar las capacidades funcionales del 𝑆𝑖𝐶 como a mejorar aspectos críticos como la estabilidad térmica, la integridad del recubrimiento y, especialmente, la calidad del sistema de sellado.