Modélisation d'un nouveau type de paroi pour les réacteurs à fusion et interactions plasma-métal liquide

Les réacteurs à fusion compacts soumettent les composants exposés au plasma à des flux de chaleur et de particules susceptibles de dépasser les limites des matériaux conventionnels, tels que le tungstène. Les composants en lithium liquide constituent une alternative prometteuse, mais leur érosion peut entraîner une contamination du plasma par du lithium. Cette thèse étudie la chaîne des processus physiques impliqués dans le transport du lithium, depuis les parois jusqu’au cœur du plasma. Les estimations montrent que l’évaporation du lithium peut modifier les propriétés de la région proche de la paroi, appelée gaine, ainsi que les mécanismes de redéposition qui lui sont associés. Elle conduit notamment à une forte redéposition du lithium évaporé, tandis que la redéposition du lithium provenant de la pulvérisation des parois est beaucoup plus faible. Dans le cœur du plasma, le transport du lithium est principalement dominé par la turbulence. Nos travaux montrent que la thermodiffusion et les barrières de transport peuvent limiter l’accumulation du lithium. Ces mécanismes pourraient ainsi permettre l’utilisation de lithium liquide dans les réacteurs à fusion sans compromettre leurs performances. Cette utilisation reste néanmoins conditionnée à une conception et à une stratégie d’exploitation adaptées.

Direction de thèse
Jérôme Moritz (Directeur), IJL, CNRS-Université de Lorraine (Equipe 107)
Etienne Gravier (Co-directeur), IJL, CNRS-Université de Lorraine (Equipe 107)

Examinateurs
Prof. Alessandro Biancalani (Rapporteur), ESILV
Dr. Yann Camenen (Rapporteur), PIIM, CNRS-Aix-Marseille Université
Prof. Clotilde Boulanger, IJL, CNRS-Université de Lorraine
Prof. Kristel Crombé, Université de Gand
Dr. James P. Gunn, CEA-IRFM