Estudi de la segregació de l’heli l’aliatge eutèctic plom–liti i altres metalls líquids per a la modelització de la formació de bombolles en mantells reproductors de triti

En aquesta tesi s’estudia la barreja d’heli amb metalls líquids mitjançant el mètode de dinàmica molecular clàssica. L’objectiu principal és comprendre els mecanismes microscòpics que governen la nucleació de l’heli en diversos metalls líquids, amb èmfasi en l’eutèctic de plom–liti.

Els resultats obtinguts contribueixen a una millor comprensió dels processos en sistemes metall–gas, amb aplicacions en ciència de materials i enginyeria nuclear. Aquestes mescles són relativament exòtiques i escassament estudiades, a causa de la dificultat de tractar-les experimentalment. El treball compilat en aquesta tesi respon a la necessitat de caracteritzar els mantells reproductors de triti dels futurs reactors de fusió, basades en la col·lisió de neutrons lliures amb àtoms de liti presents en l’aliatge eutèctic de plom–liti. Aquest procés produeix triti i allibera heli com a subproducte. La coneguda baixa solubilitat de l’heli en diversos metalls líquids suggereix una forta tendència a la formació de nanobombolles dins dels mòduls reproductors. Per tant, comprendre aquests mecanismes és essencial per millorar l’eficiència i la seguretat dels sistemes de fusió.

Mitjançant simulacions numèriques, es van analitzar les interaccions entre els àtoms d’heli i de metall, així com els mecanismes fı́sics responsables de la segregació del gas noble. Al llarg d’aquesta tesi, es van investigar els efectes de les condicions termodinàmiques, és a dir, de la temperatura i de la composició del dissolvent. Tot i que el focus principal es va situar en el sistema eutèctic plom–liti, l’estudi no es va limitar a aquesta composició. Es van estudiar diverses proporcions de plom i liti, així com altres metalls alcalins líquids purs.

En la primera part de la tesi, es van proposar models d’interacció per als metalls líquids i les seves mescles amb heli. En la segona part de la tesi, es van presentar els estudis de la solubilitat de l’heli (constants de Henry) en metalls alcalins i aliatges de plom–liti. Finalment, per obtenir una representació més acurada de les mescles, es va incloure el triti mitjançant models de potencial desenvolupats en aquest treball, amb l’objectiu de predir els efectes de l’isòtop de l’hidrogen sobre els resultats anteriors.