Presentacin de PowerPoint

1

• Simulación en materiales para fusión
• Ibarra, J. Mollá
• CIEMAT

BIFI-CIEMAT Meeting. Enero 2004
2
Fusión. Programa internacional
Iter
DEMO
IFMIF
Física de plasmas
Tecnología de fusión (materiales)
Economía
3
El problema de los materiales

• Problemas plasma-pared asociados a la
  interacción de partículas cargadas con los
  materiales
• Erosión de superficies
• Deposición de grandes cantidades de calor
• Problemas asociados a la radiación neutrónica
• Reacciones nucleares
• Activación de materiales
• Impurificación
• Desplazamiento de iones
• Creación de defectos puntuales
• Ionización

CAMBIOS EN PROPIEDADES DEL MATERIAL, permanentes
y transitorios
4
El problema de los materiales
n, g
Blanco
T, t
ionización
Reacciones nucleares
desplazamiento
Defectos puntuales
cascadas
impurezas
activación
recombinación
difusión inducida
Impurezas, dislocaciones, fronteras de
grano,... previos
corrosión inducida
Nuevos defectos extensos Clusters, lazos, ...
RL
Precipitados, burbujas
Segregación de impurezas
Cambios estructurales, amorfización
Decoración de dislocaciones
Saturación de vacantes
RIC
Props. mecánicas
Props. físicas
fragilización
hinchamiento
endurecimiento
creep
conductividad
térmicas
dieléctricas
ópticas
5
La radiación en los reactores de fusión
1 MW/m2 3 1018 n/m2s 3 10-7 dpa/s (en Fe) 1
MWa/m2 10 dpa (en Fe) 1026 n/m2
6
La importancia de la investigación en materiales
para fusión aumentará con el tiempo
7
Problema
No hay fuentes de radiación equivalentes al DEMO
(ni siquiera el ITER)
8
Modelización

• Cálculos analíticos complicados salvo que se
  hagan grandes simplificaciones
• simulación numérica

• La dinámica molecular permite simular el
  comportamiento de un material partiendo de
  primeros principios
• Gracias al aumento de potencia de los ordenadores
  se ha desarrollado enormemente en los últimos 10
  años
• La idea consiste en seguir el movimiento de todos
  y cada uno de los iones y sus interacciones.
  Punto crítico potenciales de interaccion a usar
• En el caso de modelizar el efecto de la radiación
  el tamaño del ordenador es especialmente
  importante
• Necesario incluir una subcascada completa
• Necesario disponer de potenciales de interacción
  hasta altas energías

9
Multiscale modelling

• Problema de la dinámica molecular solo aplicable
  a tiempos cortos
• no es posible la validación con resultados
  experimentales

Solución acoplamiento dinámica molecular con
Montecarlo cinético, rate theory y otras técnicas

10
35 ps
Vacancy cluster
Interstitial clusters
Cu 20keV gt Cu
Remaining defects migrate 10nm in 10ns
(interstitials) and in 1s (vacancies)
M.J. Caturla, UCRL-PRES-147165
11
(No Transcript)
12
Cluster density of Visible clusters
Experiments Y. Dai and M. Victoria, MRS V. 439
(1996) p. 319
Key input parameter clustering of vacancies in
the cascade Importance of the source term in
damage accumulation
M.J. Caturla, UCRL-PRES-147165
13
Propuesta de colaboración

• La modelización del efecto de la radiación en
  metales y algunos semiconductores está bastante
  desarrollada
• Sin embargo, la modelización de materiales
  aislantes y, sobre todo, óxidos, solo está
  empezando

• Objetivo Simulación del efecto de la radiación
  en materiales de interés para fusión, con
  especial enfasis en los materiales aislantes
• Creación de un grupo de trabajo conjunto
  (incluyendo otros grupos que trabajen actualmente
  en este campo) para la puesta en marcha de los
  códigos necesarios
• Diseño de experimentos especialmente
  desarrollados para la validación de la simulación
  (los materiales aislantes son especialmente
  adecuados)
• En una segunda fase, debería incluirse la
  modelización de la densidad electrónica del
  material (muy importante en los materiales
  aislantes por el efecto de la radiación ionizante)

14
Modelización del efecto de la radiación en España

• Dr. J.M. Perlado, Instituto de Fusión Nuclear,
  UPM
• Dr. M.J. Caturla, Universidad de Alicante
• Uni. Complutense Madrid
• Uni. Barcelona
• CIEMAT, participación en proyectos para la
  comparación de simulaciones con experimentos en
  materiales metálicos

15
Otras aplicaciones de la modelización de
materiales

• Propiedades mecánicas de materiales (mecanismos
  de fractura, endurecimiento,...)
• Caracterización de aleaciones y uniones
  metal-metal
• Nanomateriales
• Caracterización de dispositivos ópticos activos
  (basados en implantación iónica)
• Microelectrónica