Soutenance de thèse de Mohit KUMAR

Dans les tokamaks comme ITER, les composants face au plasma subissent de très forts flux de particules et de chaleur. Des phénomènes tels que l'endommagement ou la fusion des matériaux, la rétention de D et de T, et la formation de matériaux mixtes peuvent nuire gravement au fonctionnement de la machine. Le béryllium (Be) a été choisi pour la conception des parois d'ITER et ce travail fait partie des études développées dans le but de tester et de prédire son comportement. Trois types d'échantillons de Be sont caractérisés ici par microscopies Raman, électronique, à force atomique et confocal. 1) Nous étudions la formation de cloques à la surface d'un échantillon de Be bombardé d'ions D de 2 keV avec une dose d'environ 1022 D/m2. La morphologie des cloques de même que la qualité cristalline sont analysées en fonction de la fluence. Nous observons que les cloques se forment à partir d'un craquage à l'interface définie par l'implantation, et également qu'elles craquent elles-mêmes à partir d'une certaine taille, ne dépassant pas typiquement 1 m. 2) Nous étudions plusieurs films de Be, Be/D and Be/O/C/D synthétisés par pulvérisation magnétron et contenant différents taux de D. Nous montrons que D est piégé sous forme moléculaire (D2), ainsi que sous forme de liaisons C-D et O-D dans le cas de Be/O/C/D. Nous montrons à la fois que la qualité cristalline baisse avec le taux de D et que D2 est probablement piégé dans les joints de grain. 3) Nous étudions des échantillons de Be venant des parois de JET. Nous confirmons la présence d'oxyde de Be (BeO) mais aussi mettons en évidence une nouvelle signature d'oxyde. Nous identifions de nouvelles phases correspondant à des deutéroxydes (Be/O/D), en particulier là où les parois ont partiellement fondu. Nos résultats indiquent que si la mobilité est suffisante pour créer des oxydes, sous l'effet du bombardement plasma, des hydroxydes peuvent aussi être créés.

In magnetic fusion devices such as ITER, the components facing the plasma are submitted to very high particle and power loads. Many phenomena occur such as erosion, crystalline damages, melting, retention of D and T isotopes and mixed layer deposition, that could severely alter the machine operation. Beryllium (Be) is one of the material chosen for these components in ITER and this thesis work is part of the studies developed to assess and predict its behaviour. Three types of Be samples are characterized here using Raman, confocal, scanning electron and atomic force microscopies. 1) We study the blistering of the surface of a polycrystalline Be sample implanted with 2 keV D ions at fluences around 1022 D/m2. Blister parameters and crystalline properties are examined as a function of fluence. We observe both that blisters stand on the interface created by the implantation layer, suggesting a sharp cleavage due to bubble agglomeration, and that blisters crack and have a limited maximum size (~1 m). 2) We study several Be, Be/D and Be/O/C/D layers with various D amounts and deposited using Be magnetron sputtering. We show that D is trapped under its molecular form (D2), and also under O-D and C-D bonding in the case of Be/O/C/D layers. We show both that the Be crystalline quality decreases with the amount of D and that D2 could be trapped in grain boundaries. 3) We study Be samples extracted from the walls of the JET device. We confirm the presence of Be oxide (BeO) and also find a new oxide signature. We show the presence of new phases corresponding to deuteroxides Be/O/D, detected in particular in melted zones. Our results suggest that, if species mobility is high enough for forming oxides, deuteroxides can be formed under plasma irradiation.