Study of negative ions surface production in cesium-free H2 and D2 plasmas / Roba Moussaoui ; sous la direction de Gilles Cartry

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : anglais / English

Catalogue Worldcat

Anions

Fusion nucléaire

Spectrométrie de masse de désorption de plasmas

Cartry, Gilles (Directeur de thèse / thesis advisor)

Sasao, Mamiko (19..-....) (Président du jury de soutenance / praeses)

Thomann, Anne-Lise (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Guaitella, Olivier (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Despiau-Pujo, Emilie (1983-...) (Membre du jury / opponent)

Champenois, Caroline (Membre du jury / opponent)

Aix-Marseille Université (Organisme de soutenance / degree-grantor)

Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Physique des Intéractions Ioniques et Moléculaires (PIIM) (Marseille) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : Cette thèse porte sur l’étude de la production de surface des ions négatifs (IN) pour des applications dans la fusion thermonucléaire. Ce travail a été réalisé à l'aide d'une source plasma PHISIS. Les IN formés en surface de l'échantillon sont collectés et analysés avec un spectromètre de masse (SM). La fonction de la distribution en énergie des ions négatifs FDEIN est mesurée. Dans cette thèse, une technique de polarisation DC pulsée est introduite pour permettre l'étude de la production d'IN en surface sur des échantillons isolants comme le diamant. Un modèle qui calcule le taux de changement de la variation de la tension sur une surface isolante polarisée en mode pulsé est développé. De façon surprenante, la production d’IN en surface sur un diamant dopé au bore ou non dopé est beaucoup plus élevée en mode pulsé qu'en mode continu. Il est traité également la production d’IN en surface dans les conditions de faible tension de polarisation. Le meilleur rendement d’IN mesuré à faible polarisation est obtenu avec du diamant dopé au bore (BDD) et il est 2 fois plus élevé que celui mesuré sur HOPG (high oriented pyrolitic graphite). L'analyse de la production d’IN en surface à différents polarisations pour différents matériaux a été effectuée afin de corréler l'évolution du rendement d’IN aux changements d'état de surface. Une étude approfondie de la production en surface d'IN a été réalisée sur la surface de Nanoporous 12 CaO. 7Al2O3 electride surface. L'influence des conditions expérimentalles sur le rendement en IN a été étudiée. Dans cette contribution, nous montrons que ce matériau pourrait potentiellement être utilisé dans les sources d'ions négatifs sans césium

Résumé / Abstract : This thesis deals with negative ions (NI) surface production for applications in thermonuclear fusion. This work was conducted using a plasma source PHISIS. NI formed on a negatively biased sample surfaceare collected and analyzed with energy mass spectrometer (MS). Negative ion distribution function NIEDF is measured. A SIMION calculation was done to have a complete idea about MS transmission effect on the NIEDF. In the course of this thesis, a DC pulsed bias technique is introduced to enable the study of negative ion surface production on insulating samples as non-doped diamond layers. A model that calculate the rate of change of bias on insulator surface biased in pulsed mode is developed. Surprisingly, negative-ion surface production on boron-doped or non-doped diamond is much higher in pulsed mode than in continuous mode. This thesis deals also with negative ion surface production in low bias condition. The best NI yield measured at low bias is obtained with Boron doped diamond (BDD) ant it is 2 times higher than the one measured on HOPG (highly oriented pyrolytic graphite) surface. Analysis of NI surface production at different surface bias for different material were performed in order to correlate the NI yield evolution to the surface state changes.An extensive study of NI surface production was performed on Nanoporous 12CaO.7Al2O3 electride surface. The influence of surface temperature, bias and plasma exposure time on negative-ion yield was investigated. In this contribution, we show that the electride material has potentials to be used as a production surface in negative ion sources devoted to nuclear fusion application