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Título: Utilização do tungstênio e suas ligas como material de primeira parede em reatores de fusão nuclear
Título(s) alternativo(s): Utilization of tungsten and its alloys as a first wall material in nuclear fusion reactors
Autor(es): Ceciliano, Felipe Pereira
Orientador(es): Higa, Silvia Midori
Palavras-chave: Tungstênio - Minas e mineração
Fusão nuclear
Reatores de fusão
Paredes
Tungsten mines and mining
Nuclear fusion
Fusion reactors
Walls
Data do documento: 26-Nov-2025
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Londrina
Citação: CECILIANO, Felipe Pereira. Utilização do tungstênio e suas ligas como material de primeira parede em reatores de fusão nuclear. 2025. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Londrina, 2025.
Resumo: A geração de energia por fusão nuclear surge como alternativa para atender as necessidades energéticas futuras, porém, a seleção de materiais para componentes aplicados em condições extremas, quando expostos ao plasma, ainda é um grande desafio. Diante disso, o tungstênio e suas ligas são vistos como bons candidatos a serem aplicados como material de primeira parede em futuros reatores comerciais em função de suas excelentes propriedades térmicas, incluindo uma alta temperatura de fusão e alta condutividade térmica, além de apresentarem propriedades de interesse frente às interações do plasma com a primeira parede, como é o caso da baixa retenção do isótopo de hidrogênio trítio e a alta resistência ao mecanismo erosivo de sputtering. O presente trabalho abordou as condições de temperatura, fluxos de calor, irradiação de partículas, entre outras das chamadas interações do plasma com a parede do interior do reator, onde esse material é inserido. Em seguida, através de comparações entre o tungstênio e suas ligas com outros materiais já utilizados em reatores experimentais, como o berílio, compósitos de fibra de carbono e molibdênio, foi realizada uma investigação a respeito das propriedades que melhor se encaixam na aplicação e de fatores que possam ser considerados em futuros estudos. Como conclusão final, foi possível constatar que o tungstênio e suas ligas são materiais viáveis e fortes candidatos para aplicações em futuros reatores comerciais, uma vez que apresentam propriedades superiores às de materiais previstos para a mesma região do reator, apesar das limitações decorrentes de sua fragilidade inerente à temperatura ambiente.
Abstract: Energy generation through nuclear fusion emerges as a promising alternative to meet the growing energy demands of the future. Nevertheless, the selection of materials for components operating under extreme conditions in the plasma environment remains a major challenge. From this perspective, tungsten and its alloys are seen as good candidates to be applied as first wall materials in future commercial reactors, due to their excellent thermal properties, including a high melting temperature and high thermal conductivity, as well as their favorable characteristics concerning plasma-wall interactions, such as low triton retention and high resistance to sputtering erosion. The present work covers aspects such as temperature, heat fluxes, particle irradiation, and other phenomena related to plasma-wall interactions. Afterwards, through comparisons between tungsten and its alloys and other materials previously used in reactors such as beryllium, carbon fiber composites, and molybdenum, an investigation was conducted with regard to the properties that best fit the application and considerations for future studies were provided. Then, it was verified that tungsten and its alloys are suitable materials and strong candidates for future reactors, as they exhibit superior properties compared to other materials intended for application in the same region of the reactor, despite their limitations arising from their inherent brittleness at room temperature.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/40148
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