Plasma-wall interactions in tokamaks, a scope between physics and chemistry

Les recherches sur la fusion thermonucléaire contrôlée ont fait de remarquables progrès depuis les premières expériences de confinement magnétique de plasmas dans des tokamaks vers la fin des années 1960. L’enjeu actuel concerne la démonstration de la maîtrise de la combustion d’un plasma de fusion deutérium-tritium sur des temps longs. Le réacteur expérimental ITER («International Thermonuclear Experimental Reactor») sera construit pour atteindre cet objectif.

En raison des progrès accomplis, plusieurs questions dont l’interaction du plasma avec la paroi sont apparues. Elles nécessitent une nouvelle étape des recherches et du développement. À travers cet article, nous exposons la nature interdisciplinaire de la problématique des interactions plasma-paroi dans un tokamak où cohabitent le carbone et les isotopes de l’hydrogène. En particulier, les processus chimiques jouent un rôle fondamental dans les mécanismes qui gouvernent le comportement de l’hydrogène au contact des matériaux à base de carbone. La modélisation quantique appliquée à la détermination de la réactivité chimique des espèces impliquées apporte une compréhension de ces processus à l’échelle atomique. Cette approche renseigne, sans hypothèse a priori, sur les mécanismes élémentaires les plus probables et les énergies mises en jeu. Les résultats ne sont pas applicables directement à l’échelle d’un tokamak, mais fournissent des données pour les codes de simulation des processus observés in situ.