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Chen, Zhaoxi. Développement d'un contact haute-fréquence pour les antennes à résonance cyclotronique ionique d'ITER : validation mécanique et matériaux

Chen, Zhaoxi (2018). Développement d'un contact haute-fréquence pour les antennes à résonance cyclotronique ionique d'ITER : validation mécanique et matériaux.

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Résumé en francais

L'objectif du projet ITER est de démontrer la faisabilité scientifique et technique de la fusion nucléaire à des fins énergétiques. Pour obtenir les réactions de fusion, un plasma chauffé à 150 millions de degrés doit être confiné par un champ magnétique de plusieurs teslas en quasi-continu. Pour obtenir ces températures, des antennes radiofréquences (RF) injectent des ondes électromagnétiques de forte puissance dans le plasma, en particulier entre 40 et 55 MHz aux fréquences de résonance cyclotron des ions. L'assemblage et la dilatation thermique en fonctionnement de ces antennes sont rendus possibles par des contacts électriques glissants. Ces contacts doivent supporter un courant RF crête de 2.25 kA en régime stationnaire, dans un environnement sous vide et pendant toute la durée de fonctionnement de l'antenne. De plus, les matériaux de ces contacts doivent être compatibles avec la température de 250°C utilisée pour l'étuvage de la machine pendant plusieurs milliers d'heures cumulées. Ces contacts RF sont donc des composants critiques pour les performances de l'antenne. Aucun contact électrique du commerce n'a jusqu'à présent été qualifié pour ces spécifications et un effort particulier a donc été porté dans le cadre de ce travail de thèse afin de développer une solution satisfaisante. Le choix des matériaux et des revêtements utilisés pour ces contacts a fait l'objet de la première partie de cette étude. Pour ce faire, un modèle multi-physique tenant compte des paramètres RF, mécaniques et thermiques a été développé. À la suite de cette étude, des premiers couples de matériaux et de revêtements ont été sélectionnés. Les propriétés d'échantillons représentatifs ont été caractérisées par des mesures réalisées au laboratoire CIRIMAT avant et après un vieillissement thermique simulé. Afin d'évaluer le comportement électrique et tribologique de ces paires de matériaux dans les conditions de fonctionnement d'ITER, un tribomètre sous vide a été spécifiquement conçu et utilisé pendant ce travail de thèse. Ce tribomètre permet de mesurer l'évolution du coefficient de frottement et de la résistance de contact entre deux échantillons en mouvement relatif linéaire, sous vide (10-5 Pa) et jusqu'à 350°C. Des couples d'échantillons de 316L/CuCrZr non revêtus ont été comparés à des couples revêtus d'argent et de rhodium ou d'or et de rhodium. La force normale de contact optimale a d'abord été déterminée par rapport à la résistance de contact et au coefficient de frottement. L'évolution dynamique de ces paramètres et la durée de vie des revêtements ont ensuite été mesurées sur le cycle de vie attendu des contacts de l'antenne ICRH d'ITER. Enfin, la faisabilité d'une nouvelle méthode de lubrification compatible avec le vide a été développée à partir de revêtements composites or/nickel/carbone et or/cobalt/WS2. Ces nouveaux revêtements ont été élaborés par des méthodes de dépôt en phase vapeur et d'électrodéposition respectivement. Leurs performances tribologiques ont été caractérisées dans des conditions représentatives de celles d'ITER.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Turq, Viviane
Hillairet, Julien
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Centre Interuniversitaire de Recherche et d'Ingénierie des MATériaux (CIRIMAT), UMR 5085
Mots-clés libres :ITER - Radio-fréquence - Contact glissant - Tribologie - Revêtement fonctionnel
Sujets :Sciences des matériaux
Déposé le :30 Aug 2019 11:19