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Fragilización por radiación de neutrones

1950
Inspección de la vasija de presión de un reactor nuclear para detectar la fragilización por radiación neutrónica.

La fragilización por neutrones es la pérdida de ductilidad y tenacidad en materiales sometidos a irradiación de neutrones. En los reactores nucleares, los neutrones de alta energía desplazan a los átomos de sus lugares en la red, creando defectos como vacantes e intersticiales. Estos defectos se acumulan y forman grupos que impiden el movimiento de dislocación, aumentando así la dureza y resistencia del material pero reduciendo gravemente su capacidad de deformación plástica antes de fracturarse.

Una consecuencia crítica de la fragilización neutrónica es el aumento de la temperatura de transición de dúctil a frágil (DBTT). La DBTT es la temperatura por debajo de la cual un material se comporta de forma frágil y por encima de la cual es dúctil. En el caso de las vasijas de presión de los reactores, generalmente hechas de acero ferrítico, este cambio significa que la vasija podría volverse frágil a sus temperaturas normales de operación, lo que representa un riesgo significativo para la seguridad, especialmente durante los ciclos térmicos de parada o arranque. La magnitud del cambio en la DBTT depende de la fluencia neutrónica (neutrones totales por unidad de área), el espectro de energía neutrónica, la temperatura de irradiación y la composición del material (p. ej., el contenido de cobre y níquel puede acelerar la fragilización).

La novedad de este descubrimiento fue profunda, ya que introdujo un nuevo mecanismo de degradación que no se basaba en la corrosión química ni la fatiga mecánica, sino en la interacción de partículas subatómicas. Comprender y cuantificar este efecto se convirtió en un pilar fundamental de la ingeniería y la seguridad nuclear. Para gestionarlo, las centrales nucleares implementan programas de vigilancia donde se colocan muestras del material del RPV dentro del reactor, se extraen periódicamente y se analizan para rastrear la progresión de la fragilización, garantizando así que la vasija se mantenga dentro de los límites de seguridad operativa durante toda su vida útil.

UNESCO Nomenclature: 3308
- Ciencia de los materiales

Tipo

Proceso físico

Disrupción

Fundacional

Utilización

Uso generalizado

Precursores

  • Descubrimiento del neutrón por James Chadwick
  • Desarrollo del primer reactor nuclear (Chicago Pile-1)
  • predicción de eugene wigner del daño por radiación en sólidos (efecto wigner)
  • Avances en microscopía electrónica para visualizar defectos en la red cristalina
  • Desarrollo de la mecánica de fracturas por A.A. Griffith

Aplicaciones

  • Programas de evaluación y extensión de la vida útil de las vasijas de presión de los reactores nucleares (RPV)
  • Desarrollo de aleaciones resistentes a la radiación para reactores de fisión y fusión de próxima generación
  • programas de vigilancia de materiales en instalaciones nucleares para monitorear la degradación
  • Modelado predictivo del rendimiento de los materiales en entornos de alta radiación
  • Diseño de blindaje y componentes estructurales para naves espaciales y satélites

Patentes:

NA

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