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. / Beryllium will be used as a plasma-facing material for the ITER vacuum vessel. Due to high plasma fluxes, significant amounts of hydrogen isotopes could be retained in the beryllium walls. From the safety point of view, it is important to assess the capability of devices which will be used to limit the tritium inventory in the tokamak in nominal conditions and secondly, to predict the behaviour of tritium in case of accident. The objective of this work is to evaluate within the framework of the Density Functional Theory the behaviour of tritium in beryllium in terms of retention and desorption mechanisms. Firstly, the stability of point defects in beryllium has been evaluated and compared to experiments. Vacancies are shown to be the dominant defect in beryllium. Then, the most stable interstitial sites for tritium atoms and the most favorable migration pathways have been determined. This study has been extended to multiple-trapping phenomenon in monovacancy, in which up to five atoms can be trapped. These data have been used in a kinetic Monte-Carlo code to calculate the diffusion coefficient of tritium and a reaction-diffusion based model, which provides a good agreement with experimental thermal desorption spectra made at IEK-4 (Jülich -- Germany). The emergence of desorption peak at low temperature under high fluence could be explained by the hydride formation.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2017AIXM0355 |
| Date | 13 November 2017 |
| Creators | Ferry, Laura |
| Contributors | Aix-Marseille, Ferro, Yves, Barrachin, Marc |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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