Une équipe américaine propose une nouvelle méthode de nettoyage in situ des parois internes en tungstène poreux des dispositifs de fusion

Des chercheurs du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du Département de l'énergie des États-Unis, de l'Université de Princeton et de l'Université d'État de Pennsylvanie ont proposé une méthode de nettoyage in situ des matériaux de paroi interne des systèmes de fusion, qui permet d'éliminer les contaminants de surface des matériaux en tungstène poreux en combinant chauffage et plasma de néon après l'installation des composants et leur scellement dans la chambre à vide. Les résultats de ces recherches ont été publiés dans *Nuclear Materials and Energy*.

Crédit image : Kyle Palmer / Service de communication du PPPL

Les parois internes des systèmes de fusion doivent supporter des températures extrêmement élevées. Le lithium liquide est considéré comme un matériau de protection des parois prometteur, pouvant être retenu dans la structure des briques murales en tungstène poreux, comme l'eau absorbée par une éponge. Cependant, ce type de matériau en tungstène poreux est susceptible de retenir des impuretés telles que le carbone, l'oxygène et l'azote lors des processus de fabrication avancés ; lorsqu'il entre en contact avec le lithium liquide, le carbone et l'oxygène peuvent réagir pour former des substances solides, obstruant les pores et affectant l'écoulement du lithium liquide. Même si le matériau est nettoyé à la fin de la fabrication, une exposition à l'air lors de l'installation peut entraîner une nouvelle contamination.

Lors des expériences, les chercheurs ont placé des échantillons de tungstène poreux fortement contaminés dans l'installation « Expérience de tokamak à lithium liquide - Bêta » (LTX-β) du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton. Cette installation est utilisée pour étudier les effets du lithium liquide sur le plasma et les matériaux face au plasma. Les échantillons ont d'abord subi un traitement par décharge luminescente au néon dans l'installation, puis ont été chauffés à environ 800 degrés Celsius. Les expériences ont montré que le nettoyage combinant chauffage et plasma de néon est nettement plus efficace que l'utilisation du plasma seul.

Les chercheurs ont indiqué qu'après le traitement, l'apparence des échantillons est passée d'un gris sombre à un argenté métallique. Les résultats d'analyse ont montré que la proportion de tungstène métallique propre en surface des échantillons est passée de 0 à 87 %, avec une diminution significative de la teneur en carbone. Camila López Pérez, responsable du projet, a déclaré que cette étude fournit un cadre pour le nettoyage des composants en tungstène poreux à l'intérieur des systèmes de fusion, contribuant ainsi à réduire les limitations imposées par la contamination des matériaux sur l'application du lithium liquide.

L'équipe de recherche a choisi le néon plutôt que des gaz comme l'hélium, car les particules chargées de néon ont une masse plus importante, ce qui est plus efficace pour éjecter les impuretés telles que le carbone et l'oxygène. L'équipe a également amélioré la sonde utilisée pour fixer et mesurer les échantillons, lui permettant de supporter des échantillons plus épais et de concentrer davantage le processus de chauffage sur l'échantillon lui-même, améliorant ainsi la précision des mesures.