Fabricación de carburo de silicio poroso con capa densa para su aplicación en inserciones aislantes en canal para futuros reactores de fusión nuclear

Résumé

Palabras clave: SiC poroso, FCI, blanket DCLL, conductividad térmica, conductividad eléctrica, corrosión por Pb-15.7Li Dentro del proyecto TECNO_FUS del programa CONSOLIDER-INGENIO 2010 se ha desarrollado un modelo de blanket con doble refrigerante (DCLL = Dual Coolant Lithium Lead) para DEMO: Pb-15.7Li y He. Se propone como material estructural un acero ferrítico-martensítico de baja activación refrigerado con He. El Pb-15.7Li actuará como regenerador de tritio, multiplicador de neutrones y refrigerante. La temperatura de salida del Pb-15.7Li tiene que ser lo más alta posible para obtener la mayor eficiencia posible, sin sobrepasar la temperatura máxima del acero. Debido al alto campo magnético toroidal presente en el blanket, el Pb-15.7Li necesita ser aislado eléctricamente del acero para reducir la caída de presión magnetohidrodinámica (MHD) que se produce en el metal líquido. Además, es preciso aislar térmicamente el Pb-15.7Li del acero para evitar pérdidas de calor. Esta es una de las principales funciones de los Flow Channel Inserts (FCI), que actúan además como aislantes térmicos. El carburo de silicio (SiC) es el material más indicado para su aplicación en los FCI para el concepto de blanket DCLL debido a su excelente estabilidad térmica, mecánica y química a altas temperaturas, baja expansión térmica y buena resistencia al choque térmico. Se espera que la corrosión del SiC con Pb-15.7Li a la temperatura de operación sea baja y, además, el SiC es un material de baja activación con buena resistencia a la irradiación de neutrones. El SiC poroso posee una conductividad eléctrica y térmica relativamente baja, dependiendo del grado de porosidad. Se precisa, sin embargo, depositar un recubrimiento de SiC denso sobre el SiC poroso para evitar la permeación del tritio regenerado en el Pb-15.7Li. En este trabajo se presentan los resultados obtenidos en la producción de SiC poroso mediante la ruta pulvimetalúrgica por sinterización. Se han empleado polvos de partida de SiC y de fase carbonosa, con y sin aditivos. Se ha realizado un estudio de sinterización en fase líquida y posterior oxidación en aire para eliminar la fase carbonosa y generar así la porosidad requerida. Se han seleccionado los dos sistemas más prometedores en base a su baja conductividad térmica y alta resistencia a flexión y se han recubierto por CVD con una capa densa de SiC. Se han realizado medidas de conductividad eléctrica en el CIEMAT antes y después de irradiar con 1.8 MeV hasta 130 MGy en un acelerador Van de Graaff. Finalmente se han realizado ensayos de corrosión en Pb-15.7Li a 700 °C en el IQS.