Tesis doctoral de Fernando Mota García
El objetivo principal de esta tesis es la creación de un modelo nuevo y original para la comprensión de la estructura y su evolución bajo irradiación de materiales amorfos y en concreto de la sílice fundida (amorfa). Para ello usamos métodos computacionales de dinámica molecular (dm) clásica combinados con la elección de un potencial apropiado (potencial de feuston y garofalini [feuston 88]. Esta tesis consta fundamentalmente de cuatro partes: en la primera parte, que comprende los capítulos 1, 2 y 3 se da una introducción al problema que nos ocupa y la forma de abordarlo. en el capítulo 1 damos una visión global del entorno en el que nos situamos, es decir, el problema energético y la posible solución en la fusión nuclear. A su vez damos una visión de los diferentes caminos para el desarrollo de la fusión y para terminar una visión del efecto en los materiales expuestos a estos ambientales. En el capítulo 2, nos centramos en el material que es objeto de estudio en esta tesis, la sílice amorfa. Damos una descripción detallada de su estructura a diferentes escalas y de las propiedades que le hacen ser un buen candidato para el papel a desempeñar en los ambientes de fusión nuclear. Una vez hecho esto pasamos a definir los defectos de la estructura que se han encontrado mediante técnicas de experimentales. En el capítulo 3 describimos la metodología de cálculo utilizada. Se describe el modelo de dinámica molecular (dm) empleado, así como su adaptación al estudio de muchas partículas. Una vez hecho esto se describe el potencial interatómico elegido y el porqué de su elección. en la segunda parte, capítulo 4, hemos verificado, que con las técnicas computacionales utilizadas, reproducimos la estructura de la sílice amorfa. Una vez hecho esto, hemos caracterizado morfológicamente los defectos y analizado la evolución de sus concentraciones en función de su estequiometría. De esta manera comparamos con los defectos identificados experimentalmente para poder chequear el potencial interatómico utilizado (fg). En tercer lugar, capítulo 5, estudiamos la mínima energía necesaria para desplazar un átomo de su posición inicial y generar una vacante de oxígeno. Encontramos que la energía necesaria para desplazar un átomo de su posición de equilibrio varía en función del tipo de átomo, silicio u oxígeno. Y no solo esto, sino que no tenemos un valor específico de energía, sino un rango de energías, ya que este es un material amorfo. Posteriormente hemos desarrollado un estudio estadístico de los diferentes defectos producidos en función de la energía de los átomos primarios de retroceso (apr), o como suelen llamarse en inglés «primary knock-on atom» (pka). Esta última termonología es la que utilizaremos a lo largo de toda la tesis. El rango de energías estudiado es de 0.4 a 3.5 kev para el pka de silicio y de 0.3 a 2.5 kev para el pka de oxígeno. Medimos cómo varía la concentración de los diferentes tipos de efectos en función de la energía del pka en diferentes cajas de simulación con diferentes porcentajes de impurezas (átomos de h). Además, hemos analizado la variación de la distribución del tamaño de los anillos de la estructura de la sílice en función de la energía del pka, encontrando una variación parecida a la que se produce en experimentos de densificación (experimento de presión) y lo que es más importante en experimentos de análisis de sílice irradiada. Por último, capítulo 6 describe procesos relacionados con la presencia de impurezas en la sílice. En particular, el átomo de hidrógeno es una impureza inevitable en los materiales, por su alta difusividad, y con mucho más motivo en los ambientes de fusión, ya que en estos ambientes será expuesto a isótopos de hidrógenos de alta energía. Debemos tener en cuenta que hay estudios que nos dicen que según la concentración de h en el material el efecto de la radiación neutrónica será diferente, indicando que necesitamos un conocimiento detallado del papel del h en la sílice amorfa. En esta cuarta parte de este trabajo hemos analizado la movilidad y el comportamiento de los átomos de h utilizando las mismas técnicas de dm. Además se han calculado los coeficientes de difusión a diferentes temperaturas y la energía de activación del átomo de h. Estos resultados se han comparado con datos experimentales. En resumen, en esta tesis se ha estudiado por primera vez la evolución del daño producido por irradiación neutrónica en sistemas amorfos y específicamente en la sílice amorfa. Para este estudio se ha necesitado modificar el código de dinámica molecular clásica existente, adaptándolo a las necesidades de un material amorfo. Los resultados de estos cálculos ponen de manifiesto las claras diferencias, del efecto que produce la radiación y de la evolución de los defectos, entre materiales amorfos y cristalinos. Por lo que hemos tenido que atacar el problema de forma distinta al caso de los materiales cristalinos, desarrollando nuevas herramientas para el estudio de los materiales amorfos.
Datos académicos de la tesis doctoral «Estudio mediante dinámica molecular de la generación de defectos en sílice amorfa bajo irradiación: mecanismos a alta energia y en presencia de hidrógeno«
- Título de la tesis: Estudio mediante dinámica molecular de la generación de defectos en sílice amorfa bajo irradiación: mecanismos a alta energia y en presencia de hidrógeno
- Autor: Fernando Mota García
- Universidad: Politécnica de Madrid
- Fecha de lectura de la tesis: 13/02/2008
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- José Manuel Perlado Martín
- Tribunal
- Presidente del tribunal: emilio Mínguez torres
- eric r. Hodgson (vocal)
- ángel Ibarra sánchez (vocal)
- Javier Sanz gozalo (vocal)