Study and characterisation of the neutron dose received by HFTM specimens in the IFMIF-DONES facility

Abstract

The DEMOnstration fusion power plant (DEMO) will operate under extreme conditions, characterized by a high-energy neutron flux. This intense irradiation can degrade the structural materials of the reactor, making it essential to assess the post-irradiation material behaviour to ensure the long-term safety and reliability of a fusion power plant. The International Fusion Materials Irradiation Facility – DEMO Oriented NEutron Source (IFMIF-DONES) is a key facility designed to address this challenge. It has been specifically designed to generate a high-energy neutron flux that reproduces the conditions in DEMO, enabling essential material testing. As the IFMIF-DONES facility is under construction, neutron analysis becomes increasingly critical. This thesis presents a detailed neutron evaluation of realistic specimen configurations within IFMIF-DONES and a comprehensive comparison with DEMO conditions. Key aspects such as primary displacement damage, gas production, nuclear heating, and transmutation are assessed. In addition, an analysis of the diagnostic systems planned for installation has been carried out.

La central de fusión DEMOstración (DEMO) funcionará en condiciones extremas, caracterizadas por un flujo de neutrones de alta energía. Esta intensa irradiación puede degradar los materiales estructurales del reactor, por lo que resulta esencial evaluar el comportamiento de los materiales tras la irradiación para garantizar la seguridad y fiabilidad a largo plazo de una central de fusión. La International Fusion Materials Irradiation Facility – DEMO Oriented NEutron Source (IFMIF-DONES) es una instalación clave diseñada para abordar este reto. Se ha diseñado específicamente para generar un flujo de neutrones de alta energía que reproduzca las condiciones de DEMO, lo que permitirá realizar pruebas de materiales esenciales. A medida que se construye la instalación IFMIF-DONES, el análisis neutrónico se hace cada vez más crítico. Esta tesis presenta una evaluación neutrónica detallada de configuraciones realistas de especímenes dentro de IFMIF-DONES y una comparación exhaustiva con las condiciones de DEMO. Se evalúan aspectos claves como el daño primario por desplazamiento, la producción de gas, el calentamiento nuclear y la transmutación. Además, se ha llevado a cabo un análisis de los sistemas de diagnóstico que actualmente están previstos ser instalados.