Interaction ion-surface : simulation de l’interaction plasma-paroi (ITER)

Ion-surface interaction : simulation of plasma-wall interaction (ITER)

• Auteur / Autrice : Pierre Salou
• Direction : Brigitte Ban-d'Etat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie théorique, physique, analytique
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tungstène

Carbone

Électrons Auger

Bombardement ionique

Surfaces (physique)

Pulvérisation cathodique

Résumé

Les matériaux de couverture des réacteurs à fusion nucléaire par confinement magnétique subissent un environnement agressif ; le flux intense de particules extraites du plasma attaque les parois du réacteur, engendrant la pulvérisation de la matière en surface. Cette pulvérisation est à l’origine de l’érosion des parois mais aussi de la pollution du plasma, ainsi, afin de maitriser la réaction de fusion dans des réacteurs de plus en plus complexes, il est impératif de bien comprendre les phénomènes d’interaction plasma-paroi. Cette thèse a pour but l’étude de la pulvérisation des matériaux des réacteurs de fusion nucléaire (carbone et tungstène), pour cela nous proposons de simuler le flux de particules chargées du plasma par des faisceaux d'ions monochargés d'énergies inférieures à la dizaine de keV. Cette étude est basée sur la méthode du collecteur, aussi afin de s'affranchir des problèmes liés aux polluants (notamment pour l'étude du carbone), nous avons conçu et réalisé un nouveau dispositif permettant l'analyse des collecteurs in situ par spectroscopie des électrons Auger. Les résultats obtenus donnent accès à l'évolution de la distribution angulaire en fonction des paramètres d'irradiation comme la masse du projectile (de hélium au xénon) ou l'énergie (de 3 keV à 9 keV).

The wall materials of magnetic confinement in fusion machines are exposed to an aggressive environment; the reactor blanket is bombarded with a high flux of particles extracted from the plasma, leading to the sputtering of surface material. This sputtering causes wall erosion as well as plasma contamination problems. In order to control fusion reactions in complex reactors, it is thus imperative to well understand the plasma-wall interactions. This work proposes the study of the sputtering of fusion relevant materials. We propose to simulate the charged particles influx by few keV single-charged ion beams. This study is based on the catcher method; to avoid any problem of pollution (especially in the case of carbon) we designed a new setup allowing an in situ Auger electron spectroscopy analysis. The results provide the evolution of the angular distribution of the sputtering yield as a function of the ion mass (from helium to xenon) and its energy (from 3 keV to 9 keV).