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Accueil > Français > Équipes > Plasma-Surface > Etude des interactions de l’hydrogène avec les matériaux d’intérêt pour la fusion

Explications

publié le , mis à jour le

Les équipes « Plasma – Surface » et « Spectrométrie et Dynamique Moléculaire » du laboratoire PIIM, ainsi que le DRFC (Département de Recherche sur la Fusion Contrôlée) du CEA Cadarache, l’IPP à Garching (Allemagne), le Josef Stefan Institute (Slovenie) et l’Université de Bratislava (Slavaquie) sont associés dans ce projet qui vise à combler le vide existant entre les études fondamentales d’interaction de l’hydrogène avec les surfaces (graphite, tungstène…) en ultravide et les études in situ dans les tokamaks. Pour cela nous nous appuyons sur les études fondamentales (voir I ci-dessous) menées dans l’équipe Plasma-Surface depuis plusieurs années et sur les analyses post-mortem de tuiles de tokamak réalisées par l’équipe Spectrométrie et Dynamique Moléculaire, et nous ajoutons un volet concernant l’interaction avec des surfaces de plasmas d’hydrogène en flux intermédiaires (plus élevés que les flux des faisceaux, plus bas que les flux de tokamaks, voir II ci-dessous).

Ces travaux ont été financés par le passé par la « Fédération de Recherche Fusion par Confinement Magnétique (FR-FCM) et par l’ANR (projet CAMITER, Carbone et Autres Matériaux pour ITER) ainsi que par la région PACA au travers du projet FORMICAT (FORmation et MIgration du CArbone dans les Tokamaks). Ils continuent à l’être par la fédération de fusion et dans le cadre de réponses à des appels à projet d’EUROfusion.

I- Etudes fondamentales de faisceaux faibles flux en interaction avec des surfaces

Depuis plusieurs années nous étudions l’interaction de faibles flux d’espèces réactives (H, H+…) avec des surfaces parfaitement caractérisées de graphite. Nous avons pu ainsi détailler les mécanismes d’adsorption de l’hydrogène atomique sur des surfaces de graphite. Afin de prolonger ces travaux nous avons développé une source plasma inductive placée directement sur le bâti ultravide NAUTILUS. Cette source peut être utilisé soit pour des irradiations plasmas de courtes durées, soit comme source d’espèces atomiques. Le but des irradiations plasmas est de comparer les résultats à ceux obtenus en faisceaux, et d’identifier d’éventuels mécanismes de synergie ions-neutres, ions-métastables… Le but de la source atomique est de comparer les résultats avec une source à filament de tungstène qui produit des atomes relativement chauds (0.2 eV) comparés à ceux produits par la source plasma ( quelques dizaine de meV). Le diagnostic principal utilisé pour ces études est l’HREELS (HREELS (High Resolution Electron Energy Loss Spectroscopy).

II- Etudes d’irradiation plasmas de matériaux pour la fusion en flux intermédiaires

Afin de se rapprocher des conditions de tokamaks, nous étudierons des surfaces soumises à des plasmas denses (forts flux de H et H+). Dans ce but nous avons développé un nouveau dispositif expérimental ultra-vide (CAMITER) associant de nombreux diagnostics. Ce dispositif comprend une chambre d’analyse de surface par thermodésorption munie d’un canon à ion et d’une source atomique, et une chambre plasma haute densité basse pression. Ces deux chambres sont couplées sous ultra-vide pour permettre des analyses croisées sans exposer l’échantillon à l’air. La technique d’analyse de surface par thermodésorption permet d’obtenir des informations aussi bien sur des surfaces très faiblement détériorés (sensibilité à la sous monocouche) que sur des surfaces très fortement bombardées. Ainsi, nous pouvons lier les analyses fondamentales sous irradiation faible réalisées sur ce dispositif et sur le dispositif NAUTILUS, aux mesures réalisées sur des échantillons exposés à de forts flux dans la chambre plasma. La chambre plasma a en outre été conçue pour permettre l’implantation de nombreux diagnostics dont la Fluorescence Induite par Laser (LIF). Il est ainsi possible de corréler les paramètres caractérisant le plasma aux analyses de surface, et de remonter au scénario de l’interaction plasma-surface.