Desarrollo de uniones W-EUROFER y W-CuCrZr mediante soldadura fuerte para aplicaciones de alta temperatura en reactores de fusión

Abstract

El panorama energético ha cambiado mucho a lo largo del último siglo, creciendo la demanda de energía un 100% respecto hace 50 años. Las consecuencias del cambio climático derivadas de las emisiones de gases de efecto invernadero de los combustibles fósiles hacen necesaria la búsqueda de alternativas. Las energías renovables son una buena alternativa, pero no pueden cumplir con la fuerte demanda necesaria. Por ello, es necesario la búsqueda de una fuente de energía limpia y con elevada generación de energía como, por ejemplo, la energía nuclear. La energía nuclear aprovecha la energía contenida en el núcleo de los átomos. Dentro de este tipo de energía existen dos tipos, fisión y fusión, siendo la última, todavía en desarrollo, la gran alternativa. Presenta una baja activación de los materiales implicados en comparación con la fisión y los combustibles necesarios, deuterio y tritio, son de fácil acceso a partir del agua y de reacciones litio y neutrones, respectivamente. La reacción entre deuterio y tritio produce helio además de neutrones y una elevada cantidad de energía. Las condiciones para alcanzar esta reacción son extremadamente severas, necesitando elevado confinamiento magnético del plasma o inercial a unas temperaturas superiores a las del Sol. Existen varios proyectos involucrados en el desarrollo de reactores de fusión, como ITER, que utiliza confinamiento magnético, y proyectos futuros de mayor escala, como DEMO. Estos proyectos demostrarán la viabilidad de esta tecnología para la generación de una gran cantidad de energía limpia y prácticamente ilimitada. Desde el punto de vista de la Ingeniería de Materiales, las condiciones extremas del interior del reactor implican un estudio exhaustivo de los materiales que se van a utilizar. Los materiales van a estar expuestos a radiación neutrónica, temperaturas superiores a los 1000 ºC y deben ser resistentes a la pulverización catódica o sputtering. Por ello, el material ideal para enfrentarse al plasma es el wolframio debido a su alto punto de fusión, resistencia a la pulverización y buena conductividad térmica, entre otros aspectos. Por otro lado, son necesarios materiales estructurales que además de soportar las cargas permitan la transmisión del calor generado en el reactor para poder obtener energía. Los materiales seleccionados son el EUROFER y una aleación de cobre CuCrZr. El primero de ellos es un acero ferrítico-martensítico de activación reducida que será utilizado debido a sus elevadas propiedades de termofluencia, resistencia al daño neutrónico y mayor conductividad térmica respecto a los aceros austeníticos. La aleación de CuCrZr es una aleación endurecida por precipitación que presenta excelente conductividad térmica, resistencia a la temperatura de operación, ductilidad, tenacidad, maquinabilidad, estanqueidad al agua y activación moderada. Debido al diseño del reactor DEMO, es necesario el uso de uniones entre los materiales para los diferentes componentes del reactor como, por ejemplo, uniones W-EUROFER para la primera pared y W-CuCrZr para el divertor. Por ello, en esta...