Tesis doctoral de Fernando Sordo Balbin
Las fuentes de neutrones de espalación, permiten obtener flujos neutrónicos elevados para multitud de aplicaciones, tanto científicas como industriales. Debido a ello, durante los últimos años han surgido iniciativas en las que se plantea su utilización, entre las cuales destacan: la fuente europea de espalación (ess), la fuente japonesa de espalación (jsns) o los reactores subcríticos guiados por acelerador (ads). Dado su interés, es necesario disponer unas bases de diseño sobre las cuales cimentar el análisis de ingeniería de este tipo de instalaciones o componentes. En este sentido los trabajos realizados hasta la fecha, buscan obtener soluciones particulares a un diseño concreto, pero no se ha desarrollado una metodología definida que permita orientar un diseño integral. En el diseño integral de una fuente de espalación, es necesario tener en cuenta, todos los procesos físicos relevantes que pueden condicionar su comportamiento. Han de considerarse aspectos neutrónicos (neutrones emitidos, espectro de los mismos, rendimiento de generación…), Termomecánicos (deposición energética, condiciones de refrigeración, distribución de tensiones…), Radiológicos (actividad de los residuos de espalación, reacciones de activación y calor residual) y finalmente la alteración de las propiedades de los materiales con la irradiación (desplazamientos atómicos y generación de gases). El objetivo principal de esta tesis, es analizar de forma sistemática las diferentes opciones planteadas en la literatura científica, y en base a ello, determinar el factor limitante de cada diseño conceptual, su rango de aplicación y los materiales idóneos para el mismo. Para ello, se han realizado una serie de simulaciones de carácter general que abarcan todos los procesos físicos relevantes. Finalmente, los criterios desarrollados se aplican a la problemática particular del diseño de la fuente de espalación de los reactores subcríticos pdx-ads y xt-ads. Estos dos diseños, desarrollados en el proyecto europeo ip-eurotrans, representan los conceptos más destacados en el marco de los reactores subcríticos. Este documento puede dividirse en seis partes, que se corresponden con los diferentes capítulos . En el capítulo 1, se expone de forma breve el planteamiento general de una fuente de espalación y los diferentes conceptos disponibles en la literatura. El capítulo 2 presenta el concepto de diseño integral de un blanco de espalación y la metodología utilizada para aplicarlo a las condiciones particulares de los blancos estudiados. Una vez planteado el problema, se realiza un breve comentario de los diferentes códigos utilizados para resolver los procesos físicos que tienen lugar en el blanco. El capítulo 3, presenta el estudio completo de las fuentes sólidas de espalación. Se analizan tres diseños conceptuales desde el punto de vista termomecánico: blanco compacto, blanco distribuido en superficies cónicas y blanco distribuido en láminas. Se analizan tres materiales comúnmente propuestos en la literatura como posibles blancos sólidos: wolframio, tántalo y uranio. El capítulo finaliza con una serie de conclusiones generales sobre el diseño de fuentes sólidas. El capítulo 4 abarca el diseño de los blancos líquidos. Se analiza tanto blancos con ventana como blancos sin ventana. De forma similar a lo realizado en el marco de los blancos sólidos, se analizan los diferentes materiales planteados en la literatura, como posibles blancos líquidos de espalación: plomo, plomo-bismuto, estaño, estaño-plomo y mercurio; y junto a ellos las diferentes aleaciones que pueden configurar la ventana: acero, aluminio, vanadio y titanio. Para finalizar el capítulo se realiza la exposición de una serie de conclusiones generales sobre el diseño de fuentes líquidas. El capítulo 5 presenta una síntesis de las conclusiones derivadas del estudio de los diferentes diseños conceptuales, junto con un análisis de los diferentes materiales planteados en cada uno de ellos. Finalmente, el capítulo 6 muestra la aplicación de la metodología y los criterios desarrollados a lo largo del documento, al reto tecnológico planteado en la fuente de espalación de los proyectos pdx-ads y xt-ads. Como síntesis final, se puede decir que se ha establecido una metodología y unas bases de diseño a partir de la cual cimentar el análisis detallado de ingeniería de un blanco de espalación, aplicando los resultados a un diseño particular.
Datos académicos de la tesis doctoral «Desarrollo de criterios nucleares de diseño de fuentes de neutrones de espalacion.«
- Título de la tesis: Desarrollo de criterios nucleares de diseño de fuentes de neutrones de espalacion.
- Autor: Fernando Sordo Balbin
- Universidad: Politécnica de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 01/07/2008
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Alberto Abanades Velasco
- Tribunal
- Presidente del tribunal: José María Martinez val peñalosa
- Emilio Mínguez torres (vocal)
- (vocal)
- (vocal)