Étude de la mise en suspension aéraulique appliquée à la problématique des poussières dans le futur tokamak ITER

par Anthony Rondeau

Thèse de doctorat en Mécanique des fluides

Sous la direction de Eric Chassefière.


  • Résumé

    Dans les analyses de sûreté du futur réacteur à fusion ITER, on anticipe un accident de perte de vide susceptible de mettre en suspension des particules produites et déposées sur les parois du tore. L’objectif de cette thèse est de fournir des données expérimentales fiables afin de développer et valider un modèle de mise en suspension (MES), prenant en compte la basse pression et prévoyant les fractions de particules mobilisées lors d’un tel évènement. Pour ce faire, des expériences ont été effectuées en fonction des paramètres clés — diamètre des particules, vitesse de frottement et masse volumique — entrant dans le mécanisme de MES. L’analyse de la granulométrie des particules de tungstène produites en tokamak met en évidence des diamètres allant de 0,1 à 10 µm. Les résultats expérimentaux de MES de dépôts monocouche sont en bon accord avec le model Rock’nRoll lorsque les particules sont uniquement mobilisée par le fluide. Cependant, une mobilisation des particules fines par agglomération, non prise en compte dans les modèles de MES, a été mise en évidence. Mes expériences ont aussi révélé l’importance de la structure (porosité et épaisseur) des dépôts multicouches dans le mécanisme de MES avec, là encore, une mobilisation par agglomération de particules. L’effet de la basse pression dans la mise en suspension a été étudié entre 10 et 1 000 mbar et doit se poursuivre à plus basse pression. Mes résultats de MES montrent une réduction du frottement dans les forces aérauliques à basse pression. Enfin, les mesures de la cinétique du phénomène de MES ont mis en évidence trois zones distincts avec un effet à court terme, un effet à long terme et une zone de transition qui devront être pris en compte dans un calcul de MES.

  • Titre traduit

    Study of the aeraulic particle resuspension applied to the dust issue in the future ITER tokamak


  • Résumé

    In ITER, a loss of vacuum accident is likely to re-suspended particles produced and deposited on the torus walls. The thesis purpose is to provide reliable experimental data to develop and validate a re-suspension model, taking into account the low pressure and predicting the amount of particles mobilized during such event. Experiences were carried out as a function of key parameters — particle diameter, friction velocity and density of the atmosphere — entering in the re-suspension mechanism. The size distribution of tungsten particles specific to fusion reactors was obtained from a collection in the AUG tokamak: modes at 0,8 µm and at 1,6 µm. The adhesion forces, adjustment parameters of most re-suspension models, were measured by Atomic Forces Microscopy (AFM). Experimental data of re-suspension of monolayer and multilayers deposits were acquired in two wind-tunnels: BISE-II (Saclay) and AWTS-II (Aarhus). For the monolayer deposits, the re-suspended particle fractions were measured by size bins, for friction velocities of 1.0 and 1.5 m.s-1 at 1,000 mbar, and of 1.0 m.s-1 at 300 mbar. Regarding the multilayers deposits, the re-suspension was measured for five surrounding pressures (25, 60, 10, 300 and 1,000 mbar), constituting a valuable data base for the development of a re-suspension model taking into account the mobilisation by particle clustering and the effect of a low pressure. Finally, measurements of the MES phenomenon kinetic highlighted three distinct regions with a short-term effect, long-term effect and a transition region which must be taken into account in a MES calculation.


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