Study of the evolution of irradiation induced defects in FeCrx model alloys for fusion applications by means of in-situ resistivity techniques

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dc.contributor.advisor Vila Vázquez, Rafael Alberto (dir.)
dc.contributor.advisor Jiménez Rey, David (dir.)
dc.contributor.author Gómez-Ferrer Herrán, Begoña
dc.contributor.other UAM. Departamento de Física Aplicada es_ES
dc.contributor.other Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) es_ES
dc.date.accessioned 2015-01-27T15:57:23Z
dc.date.available 2015-01-27T15:57:23Z
dc.date.issued 2014-10-30
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/10486/663399
dc.description Tesis doctoral inédita leída en la Universidad Autónoma de Madrid, Facultad de Ciencias, Departamento de Física Aplicada. Fecha de lectura: 30-10-2014 es_ES
dc.description.abstract Los aceros ferrítico/martensíticos de baja activación son materiales candidatos para los futuros reactores de fusión. Su comportamiento bajo radiación puede ser simulado en primera aproximación mediante aleaciones modelo Fe-Cr. Se ha demostrado que concentraciones significativas de Cr, entre 6-14 at.%, son necesarias para proveer a los aceros buenas propiedades mecánicas de resistencia a la radiación y a la corrosión. Se sabe también que la evolución de la microestructura de los materiales inducida por la radiación neutrónica depende del contenido en Cr. El conocimiento del papel del Cr en la evolución de defectos es por tanto vital, pero en el presente aún incompleto. Dentro de este marco, el objetivo de este trabajo es ampliar el estudio experimental de la interacción y la cinética de defectos puntuales en estas aleaciones concentradas. Esto permite ampliar la cantidad de datos experimentales fiables para validación de simulaciones computacionales y poder así consolidar su desarrollo. Por tanto, con este fin, se ha diseñado y construido un sistema experimental adecuado y posteriormente llevado a cabo experimentos de Recuperación de Resistividad en Fe1-x-Crx (x = 0, 0.05, 0.10, 0.14). En los primeros capítulos el lector encontrará la motivación de este trabajo (Capítulo 1) y un capítulo introductorio donde se explican los principios básicos de la naturaleza de la resistividad en aleaciones binarias no-simples, los efectos de la radiación y la naturaleza y metodología de los experimentos de Recuperación de Resistividad (Capítulo 2). El Capítulo 3 está dedicado a explicar en profundidad el diseño, desarrollo y puesta a punto del sistema experimental que ha sido la principal actividad desarrollada en esta tesis doctoral. Descrito brevemente, el método consiste en irradiar las muestras a temperaturas criogénicas con iones altamente energéticos para inducir daño por desplazamiento e inmovilizar los defectos formados. Posteriormente, las muestras se someten a un proceso de recocido por pasos donde la temperatura es incrementada una cierta cantidad a cada paso. La evolución del daño en la microestructura se monitoriza con medidas de la resistividad de la muestra irradiada a cada paso del recocido. La variación registrada de la resistividad provee información sobre la movilidad, recombinación y agregación de defectos. Cabe destacar, que en el transcurso de este trabajo, además de montar la técnica experimental se ha propuesto un método mejorado para medir la recuperación de la resistividad en aleaciones concentradas, que se detalla en el Capítulo 2. En el Capítulo 4 se presenta un resumen de lo que se sabe específicamente de las aleaciones Fe-Cr, incluyendo la discusión y el repaso del estado del arte en el Fe puro y las aleaciones diluidas dado que resulta fundamental para dar el salto a la comprensión del sistema Fe-Cr concentrado que todavía presenta muchas incógnitas tanto desde el punto de vista experimental como de simulaciones. Finalmente los resultados experimentales, la discusión y las conclusiones se presentan en los capítulos 5 y 6. El nuevo método propuesto abre una posibilidad de obtener resultados de recuperación de la resistividad más adecuados para las simulaciones computacionales. También pone de manifiesto fenómenos, no observados anteriormente, relativos al comportamiento del Cr en presencia de migración de defectos que aún no se entienden bien y deben ser estudiados. Finalmente la comparativa de las medidas obtenidas en este trabajo con los escasos datos experimentales de la literatura, permite hacer una discusión crítica sobre la utilidad de esta técnica, poniendo de manifiesto su complejidad tanto experimental como de interpretación. es_ES
dc.description.abstract Reduced activation ferritic/martensitic steels are candidate structural materials for future fusion reactors. These steels can, to a first approximation, be modelled by considering the behavior of binary Fe-Cr alloys. It has been shown that a significant amount of Cr, in the range of 6-14at%, is necessary to provide good mechanical properties of radiation and corrosion resistance. The microstructure evolution induced by neutron irradiation is known to depend on the Cr content. Current knowledge of the role of Cr in the effects of neutron radiation is therefore essential, but still incomplete. The current objective is to extend the experimental study of the point-defect interaction and kinetics in concentrated alloys. This would allow increasing a reliable database of experimental results for validation of computational simulations in order to consolidate the development of models. Thus, to this end, a suitable experimental set-up has been designed and built and subsequently Resistivity Recovery experiments have been run in Fe1-x-Crx (x = 0, 0.05, 0.10, 0.14). In the first chapters the reader will be able to find the motivation of the work (Chapter 1), and an introductory chapter where basic principles on the nature of the resistivity of non-simple binary alloys, the radiation effects in resistivity and the nature and methodology of the Resistivity Recovery experiments will be explained (Chapter 2). Chapter 3 is devoted to deep explanation of the experimental technique and the development of the experimental set-up which has been the central activity of this doctoral thesis. Briefly described, the method consists of the irradiation of prepared samples at cryogenic temperatures with high energetic ions in order to produce displacement damage and immobilize the created defects. Subsequently, the studied materials undergo iterative annealing process where temperature is increased certain amount at every step. The evolution of the microstructural damage is monitored by means of resistivity measurements of the irradiated sample after each step of the annealing. The registered variation of the resistivity provides rich information on the mobility, recombination, clustering and dissociation of defects in the material. It is noteworthy that in the course of this work, besides of setting-up the experimental technique, it has been proposed an improvement of the method for measuring resistivity recovery in concentrated alloys which has been described in Chapter2. Chapter 4 presents an overview of what is known up to date of Fe-Cr alloys, including the revision and discussion of the state of the art on pure Fe as well as dilute Fe-Cr alloys given that its understanding is fundamental to understand concentrated Fe-Cr systems which still presents many unknowns, not only from the experimental point of view but also in the simulations. Finally the results, discussion and conclusions are presented in Chapters 5 and 6. The new proposed method opens a possibility to obtain resistivity recovery results better suitable for validation of computational simulations. Moreover it shows previously unobserved phenomena related to Cr behaviour in the presence of migrating defects, which are not well understood and have to be studied. Finally the comparison of the experimental data obtained in this work with the few data from the literature, allows a critical discussion on the usefulness of the technique, in sight of its complexity not only experimental but also interpretative. en_US
dc.format.extent 183 pag. es_ES
dc.format.mimetype application/pdf en
dc.language.iso spa en
dc.language.iso eng en
dc.subject.other Sólidos, Efectos de la radiación sobre los - Tesis doctorales es_ES
dc.subject.other Ferrocromo - Tesis doctorales es_ES
dc.subject.other Resistencia de materiales - Tesis doctorales es_ES
dc.title Study of the evolution of irradiation induced defects in FeCrx model alloys for fusion applications by means of in-situ resistivity techniques en_US
dc.type doctoralThesis en
dc.subject.eciencia Física es_ES
dc.rights.cc Reconocimiento – NoComercial – SinObraDerivada es_ES
dc.rights.accessRights openAccess en


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