Rétention du tritium dans les parois en béryllium d'ITER : modélisation ab initio de son insertion dans l'oxyde et aux joints de grains - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2023

Tritium retention inside the beryllium wall of ITER : ab initio modeling of it's insertion in the oxide and grain boundaries

Rétention du tritium dans les parois en béryllium d'ITER : modélisation ab initio de son insertion dans l'oxyde et aux joints de grains

Résumé

The purpose of ITER facility is to demonstrate the feasibility of energy production by thermonuclear fusion from a tritium-deuterium plasma, two hydrogen's isotopes. The fusion reaction is produced in a vacuum chamber around which superconducting magnets allow to confine the plasma. Tritium being radioactive, from safety analysis point of view, it is necessary to study its interactions with the vacuum chamber's materials. In this case, the first wall of the vacuum chamber is made of beryllium, a material chosen for its low tritium absorption and its high affinity towards oxygen, allowing the vacuum chamber to be purified. The study tritium interactions with beryllium will enable to evaluate the effectiveness of the methods put in place by the operator to quantify the tritium inventory in the chamber, the methods of baking the first wall for desorption of the tritium, and to minimize environmental release in the event of vacuum chamber containment loss. Previous work has analysed the interaction of tritium with beryllium and its intrinsic defects, therefore this work aims to extend the study to more complex defects. Beryllium, when combined with oxygen, will form beryllium oxide. In normal operation, a beryllium oxide layer will form on the beryllium wall. The understanding of tritium interaction with the first wall thus also requires an understanding of the behaviour of tritium with beryllium oxide. The first part of this thesis is therefore devoted to the evaluation of tritium solubility and diffusivity in beryllium oxide. The first wall will be formed of polycrystalline beryllium, a second part is therefore devoted to the study of grain boundaries, the interface between two crystals. As the number of possible configurations of grain boundaries is very large, it is first necessary to model the different beryllium grain boundaries to determine which are energetically most favourable. This study is necessary in order to be able to study the segregation of tritium, in this case to determine whether these grain boundaries can have an "escape way" effect, thus increasing diffusion, or a "reservoir" effect, forming pockets that trap the tritium.
L’installation ITER a pour finalité de démontrer la maîtrise de la production d’énergie par fusion thermonucléaire à partir d’un plasma de tritium-deutérium, deux isotopes de l’hydrogène. La réaction de fusion est produite dans une chambre à vide autour de laquelle des aimants supraconducteurs permettent de confiner le plasma. Le tritium étant radioactif, du point de vue de l’analyse de sûreté, il est nécessaire d’étudier ses interactions avec les différents matériaux constitutifs de la chambre à vide. En l’occurrence, la première paroi de la chambre à vide est en béryllium, matériaux choisis pour sa faible absorption du tritium et sa grande affinité vis-à-vis de l’oxygène permettant de purifier la chambre vide. L’étude de l’interaction du tritium avec le béryllium va permettre d’évaluer l’efficacité des méthodes mises en place par l’exploitant afin de quantifier l’inventaire en tritium dans la chambre, les méthodes d’étuvage de la première paroi pour la désorption du tritium et minimiser les rejets dans l’environnement en cas de perte de confinement de la chambre à vide. De précédant travaux ont permis d’analyser l’interaction du tritium avec le béryllium et ses défauts intrinsèques, ce travail a donc pour but d’étendre l’étude aux défauts plus complexes. Le béryllium en s’associant à l’oxygène va former de l’oxyde de béryllium. En fonctionnement normal, il va donc se former une couche d’oxyde de béryllium au niveau de la paroi en béryllium. La compréhension de l’interaction du tritium avec la première paroi passe donc également par la compréhension du comportement du tritium avec l’oxyde de béryllium. Une première partie de ce travail de thèse est donc consacrée à l’évaluation de la solubilité et de la diffusivité du tritium dans l’oxyde de béryllium. La première paroi étant formée de béryllium polycristallin, la seconde partie est donc consacrée à l’étude des joints de grain, interface entre deux cristaux. Le nombre de configurations possibles pour les joints de grain étant très important, il est nécessaire dans un premier temps de modéliser les différents joints de grains du béryllium pour déterminer ceux qui sont énergétiquement les plus favorables. Pour ensuite pouvoir y étudier la ségrégation du tritium, en l’occurrence déterminer si ces joints de grain peuvent avoir un effet de type "chemin de fuite" augmentant ainsi la diffusion, ou de type "réservoir" formant des poches qui piègent le tritium.

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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04187723 , version 1 (25-08-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04187723 , version 1

Citer

Aurélien Riot. Rétention du tritium dans les parois en béryllium d'ITER : modélisation ab initio de son insertion dans l'oxyde et aux joints de grains. Autre. Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2023. Français. ⟨NNT : 2023INPT0010⟩. ⟨tel-04187723⟩
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