Caractérisation thermophysique de dépôts surfaciques sur composant face au plasma : quelle modélisation thermique du couple dépôt-substrat ?

Dans le contexte de la fusion nucléaire, le tokamak WEST (W Environment in Steady state Tokamak) est utilisé comme plateforme d'essai pour étudier l'interaction du plasma avec les composants face au plasma (CFP), en particulier ceux qui seront utilisés dans le tokamak international ITER. Au cours des campagnes expérimentales WEST, diverses dégradations des CFPs ont été observées. L'une d’entre elles est l'érosion des matériaux et leur redéposition sur d'autres composants. Ces dépôts, ainsi formés, ont des propriétés thermiques inconnues, mais probablement dégradées (faible diffusivité et/ou faible contact thermique avec le CFP). Lors des récentes campagnes expérimentales, ces dépôts ont eu un impact majeur puisqu'ils se sont détachés des CFPs et sont entrés dans le cœur du plasma, entraînant la fin prématurée de la décharge. L'enjeu de cette étude est d'améliorer notre compréhension de l'évolution des propriétés thermiques des CFPs lors de leur utilisation dans le tokamak WEST. Pour cela, nous avons développé des méthodes applicables directement sur un composant (sans découpe ni modification) pour étudier les caractéristiques thermiques des dépôts. Comme ils sont minces (de l’ordre de la centaine de nm à plusieurs dizaines de mum), une méthode flash en face avant est développée, par source de chaleur de type laser (10ns) ou lampe flash (80mus), pour identifier les paramètres thermiques par inversion des mesures photothermiques. Les travaux présentés s’axent autour de la description thermique de trois zones d’intérêts pour les dépôts présents sur un CFP, à savoir, une zone de grande épaisseur (plusieurs dizaines de microns), une zone de dépôts intermédiaire (quelques microns) et une zone d’oxydation (centaines de nanomètres). Les différents modèles développés permettent de décrire les différentes couches constitutives des dépôts et ainsi de déterminer les propriétés thermiques associées (effusivité, diffusivité...). Elles permettront d’améliorer les modèles thermiques utilisés pour estimer la température maximale des CFPs et ainsi assurer la sécurité des composants lors de l’utilisation du tokamak WEST.

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