El trabajo, centrado especialmente en tungsteno y en una aleación de cobre, busca mejorar la fiabilidad de las mediciones que permiten evaluar cómo resistirán estos materiales las condiciones extremas de un reactor de fusión. El estudio del Ciemat "ayuda a entender cómo se retiene el deuterio, uno de los combustibles utilizados en la investigación sobre fusión nuclear, en materiales candidatos para futuros reactores".

El estudio analiza la distribución en profundidad del deuterio en materiales relevantes para aplicaciones de fusión nuclear, con especial atención al tungsteno y a una aleación de cobre denominada Cu1Cr0.1Zr, según el resumen del proyecto difundido por Hiden Analytical.

El deuterio es un isótopo del hidrógeno y constituye, junto con el tritio, uno de los combustibles de referencia en los experimentos de fusión nuclear. En este tipo de instalaciones, los materiales que están en contacto con el plasma o que forman parte de componentes sometidos a altas cargas térmicas deben resistir irradiación intensa, temperaturas elevadas, gradientes térmicos y exposición prolongada a especies reactivas.

Por ello, conocer "cuánto deuterio penetra bajo la superficie de esos materiales, cómo se distribuye y qué parte queda retenida resulta clave para evaluar su comportamiento, anticipar posibles mecanismos de degradación y diseñar componentes más resistentes para futuras tecnologías de fusión", según el informe.

COMPONENTES MÁS RESISTENTES

“Una comprensión detallada del comportamiento del deuterio bajo la superficie es esencial para evaluar el rendimiento de los materiales, predecir mecanismos de degradación y apoyar el desarrollo de componentes más resistentes relevantes para la fusión”, señaló la investigadora de la División de Tecnología de Fusión del Ciemat, Guiomar Delgado Soria, en el resumen del proyecto.

Para abordar este reto, los investigadores emplearon espectrometría de masas de iones secundarios, conocida como SIMS por sus siglas en inglés, una técnica "muy sensible que permite obtener información en profundidad sobre especies isotópicas difíciles de detectar con métodos analíticos convencionales".

Delgado Soria explicó que la técnica SIMS es “particularmente valiosa” en este campo porque proporciona información resuelta en profundidad sobre especies isotópicas que, de otro modo, serían difíciles de detectar. Sin embargo, advierte de que interpretar estos perfiles “no es sencillo”, ya que pueden influir factores como los efectos de matriz, la morfología superficial, la evolución del cráter durante el análisis o los parámetros instrumentales.

En el trabajo, los investigadores implantaron iones de deuterio en tungsteno y en la aleación de cobre a tres energías de irradiación diferentes, lo que permitió "estudiar la implantación a distintas profundidades". También utilizaron muestras de silicio como referencia y compararon los perfiles obtenidos con simulaciones basadas en SRIM, una herramienta empleada para estimar el alcance proyectado y la distribución esperada de los iones implantados.

“A nuestro entender, este trabajo se encuentra entre los primeros en examinar de forma sistemática la variación de las señales SIMS de deuterio con la profundidad en materiales relevantes para la fusión, considerando múltiples factores contribuyentes en un marco unificado”, afirmó Delgado Soria.

La investigadora añade que estos resultados serán útiles “para mejorar la fiabilidad del perfilado en profundidad mediante SIMS en investigación de materiales” y para “refinar la interpretación de los datos de retención de isótopos de hidrógeno en el contexto de las futuras tecnologías de fusión nuclear”.