Institut des
NanoSciences de Paris
insp
insp
2.jpg

Soutenance de thèse de Samuel Peillon - Lundi 26 octobre 2020 à 14h

Samuel Peillon, doctorant dans l’équipe Physico-chimie et dynamique des surfaces, soutient sa thèse le lundi 26 octobre 2020 à 14h.

Sorbonne Université - Campus Pierre et Marie Curie - Paris, France - Amphithéâtre Charpak

Influence des effets électrostatiques liés à la radioactivité sur les forces d’adhésion et sur la mise en suspension de particules métalliques

JPEG
Une particule de tungstène de 3 µm de rayon et chargée en tritium est déposée sur une surface en tungstène. Le rayonnement du tritium va induire une charge électrique dans la particule, modifiant ses forces d’adhésion
© Samuel Peillon

Résumé

La mobilité et le confinement des poussières radioactives produites par les interactions plasma/paroi ayant lieu au cœur d’un tokamak sont devenues, au fil des années, des sujets majeurs pour l’évaluation de sûreté de l’installation ITER. Pour répondre à ces problématiques de sûreté, j’ai adopté au cours de ma thèse des approches complémentaires basées sur des travaux expérimentaux et numériques. Une campagne de prélèvements réalisée dans le tokamak WEST (CEA/IRFM) a permis d’identifier des particules de tungstène de forme sphérique et de taille micrométrique. Une étude paramétrique approfondie sur les forces d’adhésion agissant entre ces particules et des surfaces en tungstène a été réalisée à l’aide d’un microscope à force atomique (AFM). Cette étude a été poursuivie en réalisant des mesures du potentiel électrique des particules lorsqu’elles sont marquées en tritium grâce à la microscopie à sonde de kelvin (KPFM). Enfin, des expériences de mise en suspension avec des particules de tungstène chargées en tritium ont été réalisées. Les résultats de ces expériences, combinés à la validation d’un modèle de mise en suspension de particules, fournissent des données robustes pour la gestion des poussières, les analyses de sûreté et la définition des plans de radioprotection relatifs aux futures installations de fusion nucléaire.Abstract

Influence of electrostatic effects due to radioactivity on the adhesion forces and resuspension of metallic particles

Abstract

The mobility and containment of radioactive dust produced by plasma/wall interactions taking place in the heart of a tokamak have become, over the years, major topics for the safety assessment of the ITER installation. Under normal operating conditions, this reactor will accumulate several hundred kilograms of metal dust (from materials facing the plasma) which may be radioactive, exhibit acute chemical toxicity or even form, with air and water vapor, a potentially explosive mixture. To answer these safety issues, I have adopted complementary approaches based on experimental and numerical work. First, a dust sampling device was designed and manufactured in order to collect dust deposited on the walls of a fusion reactor. The in situ sampling campaign carried out with this device in the WEST tokamak (CEA/IRFM)made it possible to identify tungsten particles of spherical shape andmicrometric size.With these samples, I was able to perform a parametric in-depth study on adhesion forces using an atomic force microscope (AFM). Distributions of adhesion forces for different particle/surface systems were thus obtained. The results of this study are in very good agreement with an analytical model which makes it possible to describe the adhesion forces according to the size of the particles and the roughness of the surfaces. I continued the study by performing measurements of the electric potential of particles when labeled with tritium using Kelvin Probe Microscopy (KPFM). The sensitivity of this technique allowed me to demonstrate a difference in surface potential between « neutral » steel particles and steel particlesmarked with tritium. The electric charge of these particles could be explained using a self-chargingmodel and Monte Carlo simulations. Finally, resuspension experiments with tungsten particles loaded with tritium were carried out. The results of these experiments are in agreement with a resuspension model in the case where the adhesive force distributions obtained previously by AFM are taken into account. These results, combined with the validation of a particle resuspension model, provide robust data for dust management, safety analysis and definition of radiation protection plans for future nuclear fusion facilities.

Jury

  • Mme Emmanuelle Lacaze(CNRS - Sorbonne Université, examinatrice)
  • Mme Rosine Coq Germanicus (Normandie Université, examinatrice)
  • M. Khaled Hassouni (Université Paris nord, rapporteur)
  • M. Alfred Weber (Université de Clausthal, rapporteur)
  • M. Olivier Pluchery (Sorbonne Université, directeur de thèse)
  • M. Christian Grisolia (CEA, co-directeur)