Contribution à l’étude du comportement du tritium dans le béryllium (contexte ITER)

​Laura Ferry a soutenu sa thèse le 13 novembre 2017 à St-Paul-lez-Durance.

​Le béryllium, utilisé comme matériau de première paroi dans la chambre à vide d’ITER, peut piéger une fraction significative de tritium provenant du plasma. Du point de vue de l’analyse de sûreté, il s’agit d’évaluer l’efficacité des dispositifs mis en place par l’exploitant pour maîtriser l’inventaire en tritium durant le fonctionnement nominal d’ITER et de prédire le comportement du tritium en situation accidentelle. L’objectif de ces travaux de thèse est de déterminer, par le biais de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité, le comportement du tritium dans le béryllium en termes de mécanismes de rétention et de désorption. La stabilité des défauts ponctuels dans le béryllium a d’abord été évaluée et analysée au regard des données expérimentales, mettant en évidence la prédominance du défaut lacunaire dans le béryllium. Ensuite, tous les sites d’occupation stables du tritium et les chemins de diffusion les plus favorables ont été déterminés. Cette analyse a été étendue au processus de multi-piégeage, mettant en évidence que cinq atomes de tritium peuvent être piégés dans une lacune. Enfin, les données obtenues ont été introduites dans un code Monte-Carlo Cinétique permettant d’évaluer le coefficient de diffusion du tritium et un modèle couplant mécanismes de réaction et de diffusion pour l’interprétation de spectres expérimentaux de thermo-désorption (TDS) obtenus à l’IEK-4 (Jülich – Allemagne). Les spectres modélisés reproduisent de manière satisfaisante les spectres expérimentaux pour les faibles fluences. A forte fluence, la mise en évidence expérimentale d’un pic à basse température pourrait s’expliquer par la formation d’hydrure de béryllium. Dans une perspective d’amélioration de la modélisation, les propriétés thermodynamiques de l’hydrure de béryllium ont été évaluées puis comparées aux données expérimentales disponibles, montrant un bon accord.