Rétention du tritium dans les parois en béryllium d'ITER : modélisation ab initio de son insertion dans l'oxyde et aux joints de grains

Abstract

L’installation ITER a pour finalité de démontrer la maîtrise de la production d’énergie par fusion thermonucléaire à partir d’un plasma de tritium-deutérium, deux isotopes de l’hydrogène. La réaction de fusion est produite dans une chambre à vide autour de laquelle des aimants supraconducteurs permettent de confiner le plasma. Le tritium étant radioactif, du point de vue de l’analyse de sûreté, il est nécessaire d’étudier ses interactions avec les différents matériaux constitutifs de la chambre à vide. En l’occurrence, la première paroi de la chambre à vide est en béryllium, matériaux choisis pour sa faible absorption du tritium et sa grande affinité vis-à-vis de l’oxygène permettant de purifier la chambre vide. L’étude de l’interaction du tritium avec le béryllium va permettre d’évaluer l’efficacité des méthodes mises en place par l’exploitant afin de quantifier l’inventaire en tritium dans la chambre, les méthodes d’étuvage de la première paroi pour la désorption du tritium et minimiser les rejets dans l’environnement en cas de perte de confinement de la chambre à vide. De précédant travaux ont permis d’analyser l’interaction du tritium avec le béryllium et ses défauts intrinsèques, ce travail a donc pour but d’étendre l’étude aux défauts plus complexes. Le béryllium en s’associant à l’oxygène va former de l’oxyde de béryllium. En fonctionnement normal, il va donc se former une couche d’oxyde de béryllium au niveau de la paroi en béryllium. La compréhension de l’interaction du tritium avec la première paroi passe donc également par la compréhension du comportement du tritium avec l’oxyde de béryllium. Une première partie de ce travail de thèse est donc consacrée à l’évaluation de la solubilité et de la diffusivité du tritium dans l’oxyde de béryllium. La première paroi étant formée de béryllium polycristallin, la seconde partie est donc consacrée à l’étude des joints de grain, interface entre deux cristaux. Le nombre de configurations possibles pour les joints de grain étant très important, il est nécessaire dans un premier temps de modéliser les différents joints de grains du béryllium pour déterminer ceux qui sont énergétiquement les plus favorables. Pour ensuite pouvoir y étudier la ségrégation du tritium, en l’occurrence déterminer si ces joints de grain peuvent avoir un effet de type "chemin de fuite" augmentant ainsi la diffusion, ou de type "réservoir" formant des poches qui piègent le tritium

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