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Influence des effets électrostatiques liés à la radioactivité sur les forces d'adhésion et sur la mise en suspension de particules

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Laboratoire d'accueil : Laboratoire de physique et de métrologie des aérosols (LPMA)

Date de début de thèse : octobre 2017

Nom du doctorant : Samuel PEILLON


​Descriptif du sujet

 

Le dépôt de particules radioactives est apparu depuis plusieurs années comme un enjeu de sûreté important pour le réacteur de fusion ITER. En effet, en conditions de fonctionnement normal, ce réacteur va accumuler quelques centaines de kilogrammes de poussières de tungstène (matériau face au plasma) qui peuvent être radioactives du fait de la présence de tritium et des produits d’activation dans la chambre à vide du réacteur. La mobilité de ces poussières radioactives et leur confinement en cas d’un accident de perte de vide sont un enjeu majeur qui reste difficile à évaluer en particulier dû à un manque de connaissance sur l’évolution des forces d’adhésion entre les dépôts de particules et les surfaces sur lesquelles elles sont déposées.


Or, il a été montré que les particules radioactives peuvent s’auto-charger électriquement, sous l'effet du rayonnement ionisant des radionucléides qu'elles incorporent. En situation d’écoulement aéraulique sur une contamination radioactive, les particules chargées peuvent alors être soumises, en plus des forces de van der Waals, de trainée et de portance, à des forces électrostatiques liées aux conditions environnementales (auto-chargement des particules, développement de champs électriques). Ces forces électrostatiques vont dès lors affecter les propriétés d’adhésion des particules avec la surface. L’étude des forces d’adhésion de particules de tungstène incorporant du tritium sur des surfaces représentatives des PFC (plasma facing components) d’ITER est l’objectif majeur du projet STANDS porté par l’IRSN et le CEA et qui est actuellement financé par le consortium EUROfusion.


Dans ce cadre, la première phase de travail présentée ici propose d’analyser les forces entrant en jeu dans l’adhésion de particules sphériques sur différents types de surfaces. Les modèles existant dans la littérature pour décrire ces forces seront présentés. On exposera également la technique de microscopie à force atomique choisie pour mesurer expérimentalement les principales composantes de la force d’adhésion qui sont : les forces électrostatiques, les forces de van der Waals et les forces capillaires.