Comportement de particules tritiées ou non tritiées déposées sur les parois d’une machine de fusion François GENSDARMES Samuel PEILLON Laboratoire de Physique et de Métrologie des Aérosols IRSN/PSN-RES - Saclay Christian GRISOLIA1 Bernard ROUSSEAU2 1 Institut de Recherches sur la Fusion par confinement Magnétique CEA, IRFM - Cadarache 2 Service de Chimie Bioorganique et de Marquage CEA, DSV/SCBM - Saclay Colloque de prospective de la FR-FCM 24-25 Nov. 2016, Marseille

Contexte Production importante de poussières dans ITER, notamment du fait des disruptions du plasma Problématiques poussières : Opération, Maintenance, Sûreté Impuretés dans le plasma, Modification des propriétés des PFC (Plasma Facing Components), Rétention du tritium, Explosion de poussière (LOVA, LOCA) Comment les poussières sont elles mobilisées : Compétition entre des forces d’adhésion et de détachement (Van der Walls, électrostatique, friction flux de gaz ou plasma) Processus de remise en suspension : Relativement bien compris, modèles physiques (thèse A. Rondeau, 2015) Lacunes sur les données d’entrée en termes d’adhésion pour des systèmes représentatifs d’ITER Amélioration des connaissances sur l’adhésion notamment des particules tritiées pour des systèmes ITER-Relevant François Gensdarmes Colloque FR-FCM 25 novembre 2016 - © IRSN

Processus de remise en suspension Modèle Rock’n Roll : bilan des moments des forces appliquées aux particules Adhesion forces Lift force Drag force fa Airflow mg Applicabilité du modèle étudiée sur des souffleries à basse pression avec des particules de tungstène, Thèse A. Rondeau (2015) AWTS-II wind-tunnel - Aarhus University (Mars Simulation Laboratory) BISE-II wind-tunnel – IRSN Saclay François Gensdarmes Colloque FR-FCM 25 novembre 2016 - © IRSN

Quelles tailles de particule ? Concept de la DUSTER-BOX : prélèvement de particules potentiellement mobilisables sur les PFC’s par une contrainte de cisaillement aéraulique calibré Prélèvement particules de tungstène sur ASDEX UpGrade W Zones de collecte Photographie de la Duster Box en action dans AUG Particules sphériques Particules floconneuses (flaky) Schéma de la sonde aéraulique Duster Box François Gensdarmes Colloque FR-FCM 25 novembre 2016 - © IRSN

Comportement lié au tritium L’activité spécifique de la particule, La probabilité d’émergence des rayonnements  de la particule, La neutralisation par les ions du gaz environnant. Auto-chargement électrostatique dépend de : Clement, C.F. et Harrison, R.G. (1992) The charging of radioactive aerosols. Journal of Aerosol Science. 23-5, 481-504. Gensdarmes, F., Boulaud, D., et Renoux, A. (2001) Electrical charging of radioactive aerosols - Comparison of the Clement- Harrison models with new experiments. Journal of Aerosol Science, 32, 1437-1458. Influence du chargement électrostatique sur l’adhésion et la mobilisation François Gensdarmes Colloque FR-FCM 25 novembre 2016 - © IRSN

Etude de l’adhésion des particules tritiées Enjeux Inventaire tritium, mobilisation potentielle, fonctionnement normal ou accidentel Verrous Système représentatif ITER : particules et surfaces Capacité d’expérimentation avec du tritium, tungstène et béryllium Maîtrise des techniques de mesure de l’adhésion Démarche Caractérisation et prélèvement de particules en tokamak (WEST, K Star). Fabrication d’échantillons de surfaces érodées par du plasma et de particules simulantes Expérimentation avec des particules tritiées, Labo tritium CEA Saclay, détermination quantité de tritium intégrée par les particules Mesure d’adhésion sur différents systèmes particule-surface par AFM (Microscope à Force Atomique) en inactif et mesure d’adhésion par DUSTER-BOX en actif Projet STANDS : Study of Tritiated and non tritiated dust Adhesion/re-suspension on Dedicated Surfaces François Gensdarmes Colloque FR-FCM 25 novembre 2016 - © IRSN

Exemple de surfaces érodées par un plasma Surfaces de tungstène érodées par un plasma argon, National Institute for Laser, Plasma and Radiation Physics , Budapest. Surface ITER-like Surface ITER-like soumise à un flux plasmique de 5 sccm (standard cubic centimeters per minute) Surface ITER-like soumise à un flux plasmique de 30 sccm Nécessité de caractériser l’adhésion en fonction de la « texture » de la surface. François Gensdarmes Colloque FR-FCM 25 novembre 2016 - © IRSN

Exemple de mesure d’adhésion par AFM Greffe d’une particule de tungstène sur un cantilever AFM, IRSN - BIOPHY Research , Fuveau. a) The particle is approached onto the surface b) The particle is in contact with the surface c) The particle is palled off from the surface Particle Surface sample holder Cantilever dp = 6.3 µm François Gensdarmes Colloque FR-FCM 25 novembre 2016 - © IRSN

Caractère diélectrique des particules de tungstène Projet de recherche exploratoire IRSN – CEA sur la mise en suspension électrostatique de microparticules de tungstène 20 µm Caractère diélectrique des particules de tungstène en faveur d’un auto- chargement électrostatique en présence de tritium par limitation de l’écoulement des charges par contact avec une surface François Gensdarmes Colloque FR-FCM 25 novembre 2016 - © IRSN

Projet STANDS Soumis EN Research-Eurofusion Organisation du projet Projet STANDS Soumis EN Research-Eurofusion François Gensdarmes Colloque FR-FCM 25 novembre 2016 - © IRSN