Contrat doctoral (H/F) en physique/Fusion Nucléaire

Sujet de thèse :
La boronisation est une technique bien établie dans l’exploitation des tokamaks, qui consiste à déposer une fine couche de bore sur les parois internes de la chambre à vide. Cette couche joue un double rôle : elle agit comme un getter pour l’oxygène, réduisant ainsi la teneur en impuretés du plasma, et elle minimise les interactions entre le plasma et les parois, ce qui permet de réduire à la fois l’érosion des parois et la contamination du plasma par des atomes lourds (tels que le tungstène). Malgré ses avantages, plusieurs questions importantes se posent concernant la mise en œuvre de la boronisation dans ITER, telles que les propriétés de rétention des isotopes d’hydrogène des couches de bore et les taux d’érosion. Les films de bore situés dans différentes régions du tokamak sont soumis à des degrés variables d’interaction avec le plasma, avec des énergies ioniques (allant de quelques eV à plusieurs centaines d’eV) et des flux différents, ce qui entraîne des taux d’érosion variables pouvant atteindre 10 nm/s.
Nous avons donc mené des études préliminaires sur l’interaction du deutérium avec une cible en bore disponible dans le commerce et avons constaté que le deutérium est considérablement retenu dans les matériaux en bore massif, avec des températures de libération plus élevées que celles observées dans le tungstène massif. Ces résultats contribuent à une meilleure compréhension du rôle des revêtements en bore dans les dispositifs de fusion. Cependant, des études microscopiques ont révélé une morphologie poreuse de ces cibles, qui ne reproduit pas correctement le dépôt de film mince observé dans les tokamaks. Cela pourrait être à l’origine d’un comportement erroné dans l’interaction D/B. Pour contourner ce problème, le doctorant fabriquera des films de bore sur des substrats de tungstène (W) et de WOx à l’aide d’un évaporateur à faisceau d’électrons récemment acquis. Cette source permettra de produire des films dont l’épaisseur (allant de quelques couches atomiques à quelques centaines de nanomètres) et la morphologie seront contrôlées — le régime de quelques couches atomiques étant particulièrement pertinent pour les structures liées au borophène et pour des applications plus larges en nanosciences.Ces revêtements seront ensuite exposés à des ions deutérium (250 eV) et à des plasmas (quelques eV). Afin de garantir la précision des mesures, toutes les expériences seront réalisées sous vide ou sous ultra-vide, en évitant toute exposition à l'air avant l'exposition aux ions ou au plasma. Une série de techniques de science des surfaces et de plasma, notamment la spectroscopie photoélectronique à rayons X (XPS), l’ellipsométrie spectroscopique in situ, la spectroscopie d’émission en phase gazeuse et les sondes de Langmuir, associées à des analyses ex situ (MEB, MET), seront utilisées pour acquérir une compréhension globale des propriétés physiques et chimiques des revêtements et
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