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Stage M2 – Étude expérimentale de l’évolution des propriétés optiques du tungstène induite par l’interaction de l’ion deutérium

Les interactions des particules (c'est-à-dire des ions) avec la matière peuvent induire des changements temporaires ou permanents dans les propriétés optiques de la matière [1-2]. L'étude de l'évolution des propriétés optiques est essentielle pour un large éventail de domaines de recherche et d'applications, tels que l'optoélectronique photonique et la thermographie infrarouge. Elle représente une question cruciale pour les environnements où les matériaux sont soumis à des flux d'ions élevés, comme les réacteurs de fusion nucléaire [3-4].

En fait, une mauvaise connaissance de l’évolution des propriétés optiques des matériaux de la paroi du réacteur (ce qu’on appelle les composants à face de plasma) pendant le fonctionnement du plasma peut conduire à sous-estimer leur absorption de lumière et donc à des erreurs dans la mesure de la température [4]. Le bon fonctionnement de ces machines semble donc dépendre fortement d’une étude détaillée des propriétés optiques des métaux lors des interactions avec le plasma et les ions. Le but du stage est d’étudier expérimentalement les modifications des propriétés optiques du tungstène induites par l’interaction entre le deutérium et les ions. Les échantillons de tungstène placés dans une chambre UHV (ultra-vide) seront exposés à un faisceau d’ions deutérium. Les propriétés optiques seront mesurées lors de l’implantation des ions dans le domaine du visible et du proche infrarouge. Les mesures spectroscopiques seront couplées à une analyse ex-situ de la surface par AFM (Microscopie à Force Atomique), Microscopie Confocale, et XPS (Spectroscopie photoélectronique à rayons X) pour étudier les changements morphologiques/chimiques induits par l’implantation d’ions. À terme, un modèle statistique sera utilisé pour modéliser la FDRB (fonction de distribution de la réflectance bidirectionnelle) des matériaux implantés et pour quantifier le rôle de la rugosité sur la réponse optique des échantillons.

[1] Minissale, M., Pardanaud, C., Bisson, R., Gallais, L., 2017, J. Phys. D: Applied Phys. 50, 45560

[2] Luo, G. -N. Shu, W. M., and Nishi, M., 2005, J. Nucl. Mater. 347, 111L

[3] ’t Hoen M.H.J., Balden M., Manhard A., Mayer M., Elgeti S., Kleyn A.W. and van Emmichoven P.Z. 2014, Nucl. Fusion 54, 083014

[4] Guilhem, D., Gaspar, J., Pocheau, C., Corre, Y. IEEE Transactions on Plasma Science, 48, 2495-25

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Equipe Plasma surface (PS)

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19/01/21 - M1

Interaction plasma-surface (expérimental)

Un stage de M1 est disponible au sein de l’équipe « Plasma-Surface » du laboratoire PIIM de l’Université d’Aix-Marseille dans le cadre du tokamak ITER. Le deutérium et le tritium sont le carburant de fusion de ce réacteur expérimental et ces isotopes de l’hydrogène interagissent fréquemment avec la « tuyère d’échappement » que représente le divertor en tungstène d’ITER. Le tritium étant radioactif, il est nécessaire de comprendre les mécanismes microscopiques pouvant mener au piégeage du tritium dans les matériaux en tungstène.