Avis de Soutenance de thèse de Monsieur Alexis HUART Avis de Soutenance de thèse de Monsieur Alexis HUART

Avis de Soutenance

Monsieur Alexis HUART

Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

« Erosion des cibles et migration du tungstène dans le tokamak WEST activement refroidi »

Soutenance prévue le vendredi 4 décembre 2026 à 13h30

Lieu : salle René Gravier et par Skype

Composition du jury :

M. Guido CIRAOLO	Directeur de recherche	IRFM, CEA Cadarache	Directeur de thèse
Mme Miglena DIMITROVA	Senior scientist	IPP, CAS	Rapporteur
M. Marçin JAKUBOWSKI	Senior scientist	Max Planck Institute	Rapporteur
M. Yann CORRE	Directeur de recherche	IRFM, CEA Cadarache	Co-directeur de thèse
M. Yannick MARANDET	Directeur de recherche	CNRS, P2IM	Président
M. Etienne GRAVIER	Professeur	Université de Lorraine	Examinateur

Résumé :

Résumé :

Un des défis soulevés par le tokamak ITER concerne la durée de vie et l’exploitation des composants face au plasma qui devront supporter des flux de particules et de chaleur très élevés pendant 10 ans. Dans ITER, ces composants sont activement refroidis et composés de cibles en tungstène de petite taille (centimétrique) qui seront exposées au plasma avec des zones d’interaction plus ou moins fortes en fonction du plasma environnant. L’enjeu est de prévoir l’évolution de ces composants au fur et à mesure que la fluence augmente. Il s’agira plus précisément d’évaluer l’érosion des cibles dans les zones d’interaction fortes et d’identifier les chemins de migration des atomes pulvérisés vers les zones d’interaction plus faible, dominées par la re-déposition « prompte » (à proximité des zones d’érosion) ou « lointaine » (après avoir été transportées dans le plasma). Dans les zones d’interaction faible, des poussières et des couches de matière vont ainsi s’accumuler et recouvrir les composants. Dans un premier temps, on s’attend à une évolution progressive des températures de surface, des propriétés de recyclage et de dégazage en particulier dans les zones affectées par les dépôts. Dans un second temps, on s’expose au risque de détachement intempestif des dépôts, ce qui pourrait potentiellement engendrer des disruptions (perte du plasma) et limiter l’exploitation du tokamak si les dépôts sont présents en trop grande quantité (dans un réacteur comme ITER il y a aussi un risque d’un point de vue sureté nucléaire à cause du piégeage et de l’accumulation du tritium dans la machine) L’objectif de la thèse est de simuler les processus d’érosion et migration du tungstène à l’échelle des cibles, jusqu’au bilan global à l’échelle du tokamak en utilisant les conditions aux limites qui seront mesurées lors de la campagne de « forte fluence » réalisée dans WEST en 2023 (une des priorités programmatique de l’Institut). La durée totale de plasma cumulée dans cette campagne expérimentale est de 5 heure et 30 minutes environ et l’épaisseur des dépôts mesurés d’environ 50 µm côté fort champ magnétique. Dans cette thèse, nous avons utilisé les mesures de sondes de Langmuir et de spectroscopie visible pour évaluer les sources et tungstène et modéliser le transport des atomes de tungstène à l’aide du code 3D Monte-Carlo ERO2.0.

Summary:

One of the challenges raised by the ITER tokamak concerns the lifespan and operation of plasma-facing components, which will have to withstand very high particle and heat fluxes for 10 years. In ITER, these components are actively cooled and composed of small (centimeter-scale) tungsten targets that will be exposed to the plasma, with interaction areas of varying intensity depending on the surrounding plasma. The key issue is predicting the evolution of these components as fluence increases. More specifically, this involves evaluating target erosion in strong interaction zones and identifying migration pathways for sputtered atoms toward weaker interaction zones, dominated by either « prompt » redeposition (close to erosion areas) or « far-field » redeposition (after transport through the plasma). Dust and material layers will thus accumulate and cover components in weak interaction zones. Initially, a gradual evolution in surface temperatures as well as recycling and outgassing properties is expected, particularly in areas affected by deposits. Subsequently, there is a risk of sudden flaking or detachment of these deposits, which could potentially trigger disruptions (loss of plasma) and limit tokamak operation if excessive amounts accumulate (in a reactor like ITER, this also poses a nuclear safety risk due to tritium trapping and accumulation inside the machine). The goal of this PhD thesis is to simulate tungsten erosion and migration processes from the target scale up to the global tokamak balance, using boundary conditions measured during the 2023 « high fluence » campaign carried out in WEST (one of the Institute’s programmatic priorities). The total cumulative plasma duration in this experimental campaign reached approximately 5 hours and 30 minutes, with measured deposit thicknesses of around 50 µm on the high-magnetic-field side. In this thesis, we used Langmuir probe and visible spectroscopy measurements to evaluate tungsten sources and modeled tungsten atom transport using the 3D Monte Carlo code ERO2.0.

Key words :

Erosion, Migration, Tungstène, Activement refroidi, Fusion magnétique, Modélisation numérique

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