JUNE CEA/DSM/IRFU/SIS - NFS / Cible - S. Cazaux NFS - Cible Analyse thermique cible NFS Régime faisceau pulsé 1

JUNE CEA/DSM/IRFU/SIS - NFS / Cible - S. Cazaux 2 Régime transitoire vs régime permanent (fixe) Comparaison sous 7 pulses soit e -6 s régime transitoire et régime permanent. A e -6 s soit 7 pulses : Régime transitoire: Tmax. = 24.8°C Régime permanent: Tmax. = °C

JUNE CEA/DSM/IRFU/SIS - NFS / Cible - S. Cazaux 3 Régime permanent spot (cible fixe) La température maximum de 4250°c est atteinte au bout de 180 s pour une puissance de 2000 W en forme de spot gaussien (cas cible fixe). ANSYS

JUNE CEA/DSM/IRFU/SIS - NFS / Cible - S. Cazaux 4 Régime permanent couronne (cible fixe) La température maximum de 804°c est atteinte au bout de 1500 s pour une puissance de 2000 W répartie sur des couronnes gaussiennes (cas cible mobile 600 tr/min). ANSYS

JUNE CEA/DSM/IRFU/SIS - NFS / Cible - S. Cazaux 5 Régime permanent couronne (Carbone vs Beryllium) Carbone Beryllium 2 mm 10 mm BerylliumCarbone 10 mm Avec du beryllium la température maximale est plus élevée que dans le cas du carbone.

JUNE CEA/DSM/IRFU/SIS - NFS / Cible - S. Cazaux 6 Régime permanent couronne (répartition puissance) 10 mm Cible Carbone Puissance 2 mm interne (source volumique) Cible Carbone Puissance 2 mm face avant (source volumique) 10 mm Faces avant et arrière sont cachées. Tmax. = 790°C dans la couche interne de la cible 10 mm

JUNE CEA/DSM/IRFU/SIS - NFS / Cible - S. Cazaux 7 Régime permanent couronne (cible fixe) ANSYS: Avec ray. T°max. = 804.6°C Sans ray. T°max. = °C CASTEM: Avec ray. T°max. = 807.6°C Sans ray. T°max. = 4490°C Cible Carbone 10 mm Ces simulations permettent de valider la convergence en température des deux codes de calcul : ANSYS et CASTEM 20°C Cp 20°C

JUNE CEA/DSM/IRFU/SIS - NFS / Cible - S. Cazaux °C Cp 1000°C ANSYS: T°max. = 823°C Régime permanent couronne (cible fixe) CASTEM: T°max. = 818°C Dépôt de puissance sur une couronne Cible Carbone 10 mm

JUNE CEA/DSM/IRFU/SIS - NFS / Cible - S. Cazaux 9 Géométrie simplifiée.  cible = 150 mm  faisceau = 130 mm Epaisseur 2 mm Dépôt de puissance 2000 W sur 5 mm. Dépôt considéré comme continu. Pas prise en compte de la gaussienne. Tini. = 22°C. Tray. = 22°C. Caractéristique thermique du carbone à 22°C. Rotation du champ de température à chaque pas de temps. Le pas de temps est calé sur la fréquence de rotation. Le maillage est régulier. CASTEM - transitoire

JUNE CEA/DSM/IRFU/SIS - NFS / Cible - S. Cazaux 10 CASTEM – transitoire – cible 2mm 1000°C Cp 1000°C 20°C Cp 20°C Cible Carbone 2 mm 600 tr/min. On observe une faible influence des propriétés matériaux entre 20°C et 1000°C. La température max. pour une cible en carbone avec un dépôt de puissance est d’environ 916°C La température max. pour le même cas en régime permanent est de 928°C A cette vitesse de rotation on peut considérer, le comportement de la cible, en régime permanent. Convergence au bout de 500 tours Convergence au bout de 1100 tours

JUNE CEA/DSM/IRFU/SIS - NFS / Cible - S. Cazaux 11  T suivant épaisseur et vitesse cible carbone  T ~ 10°C 2 mm 600 t/min 0.5 mm 600 t/min  T ~ 40°C  T > 400°C 2 mm 6 t/min tps0 tps+1 tps-1 tps+1 tps0 tps-1 tps0 tps+1 5 tours

JUNE CEA/DSM/IRFU/SIS - NFS / Cible - S. Cazaux 12 CASTEM – transitoire – cible 2mm – 6tr/min 2 mm 6 t/min carbone tps0 tps+1 tps-1  T > 400°C 20°C Cp 20°C A 6 t/min, la vitesse n’est pas assez élevée pour obtenir un champ de température homogène en forme de couronne. Les écarts de température des points situés sur le même rayon est important et peut provoquer des endommagements dans le matériau. Répartition des points de température

JUNE CEA/DSM/IRFU/SIS - NFS / Cible - S. Cazaux 13 Conclusion Transitoire (pulses) vs permanent : les pulses génèrent une température plus basse que dans le cas du régime permanent, Cible fixe, spot, T°max = 4250°C, température trop élevée (fusion), On observe une faible influence des propriétés matériaux entre 20°C et 1000°C, La température max. pour une cible d’épaisseur de 10 mm avec un dépôt de puissance de 2000 watts est d’environ 804°C pour le carbone et 852°C pour le Beryllium, La température max. pour une cible d’épaisseur de 2 mm avec un dépôt de puissance de 2000 watts est d’environ 916°C pour le carbone et 1006°C pour le Beryllium, La température max. pour le même cas (carbone, épaisseur 2mm) en régime permanent est de 928°C, A cette vitesse de rotation, on peut considérer le comportement de la cible en régime permanent (dépôt de puissance en couronne), Le dépôt de puissance sur 2mm dans l’épaisseur de la cible de 10 mm ne génère pas d’élévation de température, L’écart de température au voisinage du dépôt de puissance (dans le cas du régime permanent) est inférieur à 10°C pour une vitesse de 600 tr/min et une épaisseur de 2 mm.