CAPITOLO 9

Capitolo9 conclusioni e sviluppi futuri

CAPITOLO 9

CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

Il presente lavoro di tesi è stato incentrato sulla caratterizzazione degli acciai F82H e BATMAN per quello che riguarda i parametri di diffusione,permeabilità,solubilità dell’idrogeno all’interno della sua struttura, e sulla rilevazione e analisi di trappole eventualmente presenti.

Per quanto riguarda la permeabilità non sono state riscontrate grosse differenze di valori con quelli di acciai della stessa classe,ovvero martensitici a bassa attivazione.Nel confronto, invece, con i dati,ricavati in letteratura, dagli acciai AISI 316L, precedentemente usati come materiali di prima parete e mantello, si ricava una differenza di 1-2 ordini di grandezza a favore dei primi.

Il motivo che, tuttavia, ha spinto ad abbandonare l’idea dell’uso degli acciai inossidabili per tali scopi, è da leggere nell’elevata solubilità di questi materiali nei confronti dell’idrogeno, decisamente superiore a quella riscontrabile in acciai a bassa attivazione .Inoltre questa classe di acciai presenterebbe tenori di Mo e Nb troppo considerevoli per l’utilizzo in tale ambito .Sempre a proposito della solubilità, è stata trovata una certa rispondenza tra i dati ricavati dalle prove sperimentali e quelli relativi ad altri acciai della stessa classe, trovati in letteratura.

Dal confronto delle curve di permeazione sperimentali ottenute con curve delineate attraverso un modello matematico eseguito con MATLAB, è stato possibile ricavare altre informazioni, in particolare un’affinazione del valore del coefficiente preesponenziale(D0) nella correlazione, di tipo

Harrenius, che lega la diffusione alla temperatura, nonché i profili di concentrazione, lungo lo spessore del campione, durante l’esperimento di permeazione.

Questa somiglianza fra entità così importanti, come quelle studiate in questa tesi, rafforza l’idea che l’acciaio a bassa attivazione F82H costituisce un’evoluzione degli acciai, che lo hanno preceduto, soprattutto per il basso contenuto di Mo e Nb(praticamente assente), che, si ribadisce, determinerebbero tempi di decadimento radioattivo insostenibili, per i pezzi dismessi da un impianto a fusione nucleare.

Per quanto riguarda lo studio condotto sulle trappole presenti nel reticolo strutturale dell’acciaio, sono state rilevate,fondamentalmente, due tipi di trappole, una ad alte e l’altra a basse temperature .L’analisi delle prime è stata resa difficoltosa da problemi incontrati nell’utilizzo dello spettrometro di massa.Tali difficoltà non hanno permesso di caratterizzare in maniera rigorosa e completa questo tipo di trappole. I risultati ottenuti, comunque, sono stati utilizzati per fornire una certa descrizione di tali siti. Il valore di energia di legame ricavato(54.86 kJ/mole)è tipico dei siti di intrappolamento a queste temperature, ovvero tra i 600 e i 650 K. Altre prove,tuttavia,occorrerebbe condurre,soprattutto a basse velocità di riscaldamento, (2,5°C/min ad esempio)per ottenere i dati mancanti per una valutazione più completa.

Il modello matematico con algoritmo in MATLAB ha, in qualche modo,sopperito a dette mancanze fornendoci una posizione teorica del picco valutato a 2,5°C/min.Tale implementazione, inoltre, ha fornito, dal confronto tra curve teoriche e curve sperimentali ,il numero delle trappole, associati a tale tipo di siti, la concentrazione assunta dal campione al termine del suo caricamento e l’evoluzione del profilo di concentrazione dell’idrogeno durante la conduzione della prova, all’interno dello spessore del provino. Il modello, tuttavia, non ha dato contributi rilevanti, se non per quanto riguarda l’energia di attivazione per la diffusione reticolare, ritoccata verso valori più bassi, 13.97kJ/mole, più vicini ai dati di letteratura reperiti. La causa dipende dalle ipotesi che lo sostengono,in particolare riguardanti il tasso di occupazione delle trappole, che decadono nel campo delle basse temperature.

L’elaborazione di un modello più evoluto che riesca a prendere in considerazione distintamente i due,o più, siti di trappole,contenuti nell’acciaio, si rende necessario ed è attualmente in studio.(vedi figura successiva)

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figura9. 1Prime elaborazioni grafiche del modello”futuro”

Per quanto riguarda lo studio delle trappole a minor energia di attivazione dell’F82H, c’è da dire che sono state incontrate minori avversità e che sono stati raccolti sicuramente più dati a supporto dell’analisi. La retta di Lee&Lee associata, infatti, è stata costruita esclusivamente con i dati raccolti, ovvero senza ricorrere ad analisi supplementari con il modello, e si presenta con punti ben allineati tra loro.

Il valore dell’energia di attivazione ricavato è molto basso e si attesta sulle 21. 283 kJ/mole

,

Sono state condotte altre prove di desorbimento termico a temperature programmate su un altro tipo di acciaio martensitico a bassa attivazione, il BATMAN. L’acciaio ha rivelato presenza di trappole a basse temperature in un intervallo molto prossimo a quello dell’F82H, ovvero tra i 330 e i 370 K; sensibilmente più alte, però, sono risultate energia di legame ed energia di attivazione associate,rispettivamente di -17. 128 e 34, 198 kJ/mole, valore tipico di trappole offerte da bordi di grano

Un’ultima utile applicazione del modello ha riguardato lo studio dello smaltimento di idrogeno, nella fase di spegnimento del reattore, da parte degli acciai studiati, che durante la messa in opera hanno avuto un più diretto contatto con il plasma. Dall’analisi effettuata sembra che occorre portare il sistema intorno ai 500°C,dopo lo spegnimento,per favorire la fuoriuscita di idrogeno e suoi isotopi, in particolare il trizio, senza che esso venga a contatto con l’ambiente esterno.Il tempo minimo richiesto per l’operazione si attesta intorno a qualche decina di giorni.

A conclusione della tesi bisogna ribadire l’importanza di condurre nuove analisi di desorbimento termico a temperature programmate. Le trappole ad alte temperature, infatti, sono collocate in

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quell’intervallo di temperature ove normalmente l’acciaio si trova durante il regolare funzionamento di un impianto a fusione nucleare.

Le prove dovranno servire a confermare il posizionamento dei picchi sull’asse delle temperature, trovati durante le analisi relative a questo studio, e a completarne la loro descrizione.