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

The mobility and containment of radioactive dust produced by plasma/wall interactions taking place in the heart of a tokamak have become, over the years, major topics for the safety assessment of the ITER installation. To address these safety issues, I adopted complementary approaches based on experimental and numerical work. A sampling campaign carried out in the tokamak WEST (CEA/IRFM) made it possible to identify tungsten particles of spherical shape and micrometric size. An in-depth parametric study of the adhesion forces acting between these particles and tungsten surfaces was performed using an atomic force microscope (AFM). The results of this study are in very good agreement with an analytical model describing the adhesion forces as a function of particle size and surface roughness. I continued the study by performing measurements of the electric potential of particles when they are labeled with tritium using Kelvin Probe Microscopy (KPFM). The sensitivity of this technique allowed me to demonstrate a difference in surface potential between neutral particles and particles marked with tritium. Finally, resuspension experiments with tungsten particles loaded with tritium were carried out. The results of these experiments, combined with the validation of a particle resuspension model, provide robust data for dust management, safety analyzes and the definition of radiation protection plans for future nuclear fusion facilities.La mobilité et le confinement des poussières radioactives produites par les interactions plasma/paroi ayant lieu au cœur d’un tokamak sont devenues, au fil des années, des sujets majeurs pour l’évaluation de sûreté de l’installation ITER. Pour répondre à ces problématiques de sûreté, j’ai adopté au cours de ma thèse des approches complémentaires basées sur des travaux expérimentaux et numériques. Une campagne de prélèvements réalisée dans le tokamak WEST (CEA/IRFM) a permis d'identifier des particules de tungstène de forme sphérique et de taille micrométrique. Une étude paramétrique approfondie sur les forces d’adhésion agissant entre ces particules et des surfaces en tungstène a été réalisée à l’aide d’un microscope à force atomique (AFM). Les résultats de cette étude sont en très bon accord avec un modèle analytique décrivant les forces d'adhésion en fonction de la taille des particules et de la rugosité des surfaces. J’ai poursuivi l'étude en réalisant des mesures du potentiel électrique des particules lorsqu’elles sont marquées en tritium grâce à la microscopie à sonde de kelvin (KPFM). La sensibilité de cette technique m'a permis de mettre en évidence une différence de potentiel de surface entre des particules neutres et des particules marquées en tritium. Enfin, des expériences de mise en suspension avec des particules de tungstène chargées en tritium ont été réalisées. Les résultats de ces expériences, combinés à la validation d’un modèle de mise en suspension de particules, fournissent des données robustes pour la gestion des poussières, les analyses de sûreté et la définition des plans de radioprotection relatifs aux futures installations de fusion nucléaire