Soutenance de thèse de Cyprien LOUIS DE CANONVILLE

Les matériaux face au plasma (PFMs) dans les tokamaks doivent résister à des conditions extrêmes avec des flux d’ions élevés et des charges thermiques pouvant atteindre 20 MW /m2 dans le tokamak ITER. L’interaction de ces ions et charges thermiques avec les PFMs peut induire des changements temporaires ou perma- nents des propriétés optiques des matériaux. Ces changements représentent un problème critique pour les réacteurs de fusion nucléaire. Une mauvaise connais- sance de l’évolution des propriétés optiques des PFMs pendant le fonctionnement du plasma peut conduire à une mauvaise estimation de leur emissivité donc à des erreurs dans les mesures de température effectuées par des diagnostics optiques. Le bon fonctionnement de tels diagnostics semble donc dépendre d’une étude détaillée des propriétés optiques des métaux lors de l’interaction avec les ions et les charges thermiques. Le but de ce travail est d’étudier les propriétés optiques des matériaux de fusion soumis à des conditions de type tokamak (i.e. hautes températures et flux d’ions). Nous présentons ici des mesures expérimentales de la réflectivité dans le domaine du visible et du proche infrarouge réalisées par un système spectroscopique couplé à un chauffage laser. En particulier, nous nous concentrons principalement sur le rôle de différents paramètres physico- chimiques, tels que la rugosité, la composition chimique ou la température, sur les propriétés optiques des matériaux choisi pour faire face à la réaction de fusion dans le tokamak ITER. De plus, nous avons utilisé des modèles de couches inter- férentiels, de rugosité et d’oscillateurs de Lorentz-Drude pour décrire l’impact des paramètres physico-chimiques sur les propriétés optiques. De tels modèles, comparés à des résultats expérimentaux détaillés, pourraient fournir un moyen de prédire l’évolution des propriétés optiques des matériaux de fusion lorsqu’ils sont soumis aux conditions extrêmes d’un tokamak tel qu’ITER.

Plasma facing materials (PFMs) in tokamaks have to withstand harsh conditions with high ion fluxes and heat loads up to 20 MW /m2 in the tokamak ITER. The interaction of ions and heat loads with PFMs can induce temporary or permanent changes of the optical properties of the materials. Such changes represent a critical issue for nuclear fusion reactors. A poor knowledge of the evolution of PFMs opti- cal properties during plasma operation can lead to misestimate their emissivity and thus to errors in temperature measurements performed through optical diag- nostics , indeed. The proper functioning of such diagnostics therefore seems to depend on a detailed study of the optical properties of metals during interactions with ions and heat loads. The aim of this work is to study the optical properties of fusion relevant materials submitted to tokamak conditions (i.e. high temperatures and ion fluxes). We present here experimental measurements of reflectivity in the visible and near-infrared domain performed via a spectroscopic system coupled with laser remote heating for tungsten 316-L stainless steel, and beryllium. In particular, we focus on the role of different physical-chemical parameters, such as roughness, chemical composition, or temperature, on the optical properties of fusion materials. Moreover, models taking into accoung roughness, oxide layers or compositions are used to describe over-layer, roughness and Lorentz-Drude models to highlight the impact of the physical-chemical parameters on the optical properties. Such models benchmarked against detailed experimental results could provide a way to predict optical properties evolution of fusion materials when submitted to tokamak conditions such as in ITER