{"id":3498,"date":"2021-11-10T11:36:47","date_gmt":"2021-11-10T10:36:47","guid":{"rendered":"https:\/\/fusioncat.es\/?p=3498"},"modified":"2022-03-10T16:50:57","modified_gmt":"2022-03-10T15:50:57","slug":"iqs2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/fusioncat.es\/es\/noticias\/iqs2\/","title":{"rendered":"[Tech] Desarrollo de sensores electroqu\u00edmicos para la cuantificaci\u00f3n de litio en las TBM basadas en el eut\u00e9ctico Pb-Li"},"content":{"rendered":"

Uno de los objetivos que hay que lograr en el desarrollo de reactores de fusi\u00f3n nuclear es la generaci\u00f3n insitu<\/i> de tritio. Este proceso se realizar\u00e1 en el interior de las Tritium Breeding Modules<\/i> (TBM), donde <\/span>6<\/sup><\/span>Li es impactado por un neutr\u00f3n de alta energ\u00eda para liberar helio y tritio. Una de las propuestas para estos m\u00f3dulos emplear el eut\u00e9ctico plomo-litio (Figura 1).<\/span><\/p>\n

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Figura 1.<\/strong> Representaci\u00f3n del proceso de generaci\u00f3n de tritio en una breeding blanket de eut\u00e9ctico Pb-Li y su transformaci\u00f3n a la aleaci\u00f3n Pb-Li hipoeut\u00e9ctica.<\/small><\/p><\/div>\n

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Durante este proceso de generaci\u00f3n, el litio se va consumiendo y, por lo tanto, la aleaci\u00f3n que inicialmente era eut\u00e9ctica, termina transform\u00e1ndose en una aleaci\u00f3n hipoeut\u00e9ctica con bajo contenido en litio. Es por este motivo que es necesario desarrollar sensores que permitan cuantificarlo en continuo. Uno de los objetivos de la participaci\u00f3n de IQS en el proyecto FusionCAT es el desarrollo de sensores electroqu\u00edmicos de litio que permitan controlarlo dentro de la aleaci\u00f3n plomo-litio fundida. <\/span><\/p>\n

De forma similar a los sensores de hidr\u00f3geno que ya se explicaron previamente en la primera parte de esta serie de art\u00edculos, Contribuci\u00f3n del Laboratorio de M\u00e9todos Electrom\u00e9tricos de IQS al proyecto FusionCAT: Sensores de hidr\u00f3geno<\/span><\/a>, los sensores electroqu\u00edmicos de litio son sensores construidos empleando un electrolito en estado s\u00f3lido. Estos materialesdeben ser estables bajo las condiciones de las breeding blankets<\/i>. No obstante, existe una diferencia en el funcionamiento de estos sensores. Mientras que los sensores de hidrogeno que se explicaron previamente ten\u00edan un funcionamiento amperom\u00e9trico, los sensores que proponemos para llevar a cabo las medidas de litio son sensores potenciom\u00e9tricos (ver Figura 2).<\/span><\/p>\n

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Figura 2<\/strong>. Comparaci\u00f3n entre sensores: A) Amperom\u00e9tricos i B) Potenciom\u00e9tricos.<\/small><\/p><\/div>\n

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Los sensores amperom\u00e9tricos (Figura 2A) miden la corriente electroqu\u00edmica asociada a la especie de inter\u00e9s cuando se aplica una diferencia de potencia entre los electrodos del sensor. En estos sensores, existe un transporte m\u00e1sico entre un electrodo y el otro. En cambio, los sensores potenciom\u00e9tricos (Fiugra 2B) trabajan comparando la muestra de inter\u00e9s con una muestra de referencia de concentraci\u00f3n en especie de inter\u00e9s conocida. A causa de la diferencia de concentraci\u00f3n entre ambos electrodos, se genera una diferencia de potencial electroqu\u00edmica, la cual se relaciona con la ecuaci\u00f3n de Nernst (Ecuaci\u00f3n 1). <\/span><\/p>\n

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Eq. 1<\/strong><\/small><\/p><\/div>\n

Donde \u0394E es la diferencia de potencial (V), R es la constante de los gases ideales (8.314 J\u00b7mol<\/span>-1<\/sup><\/span>\u00b7K<\/span>-1<\/sup><\/span>), T es la temperatura (en K), n es el nombre de electrones involucrados a la reacci\u00f3n electroqu\u00edmica, F es la constante de Faraday (96485.34 C\u00b7mol<\/span>-1<\/sup><\/span>) y y<\/span> son las actividades de litio en el electrodo de trabajo y de referencia, respectivamente.<\/span><\/p>\n

Los sensores potenciom\u00e9tricos son una buena opci\u00f3n para la medida de litio en sistemas met\u00e1licos porque su respuesta no depende del \u00e1rea, la cual cosa permite su uso en sensores de peque\u00f1as dimensiones. En la Figura 3 se muestra un esquema de los sensores desarrollados para las medidas de litio.<\/span><\/p>\n

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Figura 3.<\/strong> Representaci\u00f3n del sensor electroqu\u00edmico de litio.<\/small><\/p><\/div>\n

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Los sensores est\u00e1n formados por un disco cer\u00e1mico conductor de litio, como Li<\/span>6.35<\/sub><\/span>Ga<\/span>0.25<\/sub><\/span>La<\/span>2.9<\/sub><\/span>Sr<\/span>0.1<\/sub><\/span>Zr<\/span>2<\/sub><\/span>O<\/span>12<\/sub><\/span>, el cual est\u00e1 sellado a un tubo de al\u00famina mediante cemento v\u00edtreo. El electrodo de referencia es una aleaci\u00f3n Pb-Li de concentraci\u00f3n de litio conocida en la parte interna del sensor. El electrodo de trabajo es la aleaci\u00f3n de Pb-Li de concentraci\u00f3n de litio por determinar. Finalmente, los dos electrodos se conectan a un volt\u00edmetro de alta impedancia para realizar las medidas. <\/span><\/p>\n

Los experimentos se realizan en el interior de una caja de guantes con una atm\u00f3sfera inerte que mantenga concentraciones de ox\u00edgeno y humedad inferiores a 1 ppm, con la finalidad de evitar que las aleaciones fundidas se oxiden durante las medidas (Figura 4). <\/span><\/p>\n

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Figura 4.<\/strong> A) Caja de guante donde se realizan las medidas electroqu\u00edmicas con los sensores de litio para metales fundidos<\/small><\/p><\/div>\n

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Figura 4.<\/strong> B) montaje para realizar las medidas.<\/small><\/p><\/div>\n

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La muestra de Pb-Li, la cual se encuentra en un crisol de al\u00famina, se introduce en el interior de un recipiente de acero inoxidable que servir\u00e1 para calentar. El control de temperatura est\u00e1 compuesto por un termopar, una resistencia calefactora y un controlador de temperatura PID. El sensor de litio se sumerge en el interior de una muestra de Pb-Li fundida. Finalmente, el sensor se conecta a un volt\u00edmetro de alta impedancia para registrar la diferencia de potencial. <\/span><\/p>\n

Actualmente, el desarrollo de estos sensores se encuentra en la fase de s\u00edntesis y sinterizado de diferentes materiales cer\u00e1micos. Simult\u00e1neamente, se est\u00e1n realizando ensayos con prototipos, empleando aleaciones de plomo-litio reales. <\/span><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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