Les offres de “CEA”

Expire bientôt CEA

Etude numérique de la propagation de fissure dans les composants face au plasma H/F

  • Stage
  • Saint-Paul-lès-Durance (Bouches-du-Rhône)
  • Conception / Génie civil / Génie industriel

Description de l'offre

Détail de l'offre

Informations générales

Entité de rattachement

Le Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) est un organisme public de recherche.

Acteur majeur de la recherche, du développement et de l'innovation, le CEA intervient dans le cadre de ses quatre missions :
. la défense et la sécurité
. l'énergie nucléaire (fission et fusion)
. la recherche technologique pour l'industrie
. la recherche fondamentale (sciences de la matière et sciences de la vie).

Avec ses 16000 salariés -techniciens, ingénieurs, chercheurs, et personnel en soutien à la recherche- le CEA participe à de nombreux projets de collaboration aux côtés de ses partenaires académiques et industriels.

Référence

2021-18947

Description de l'unité

L'Institut de Recherche sur la Fusion par Confinement Magnétique est l'un des départements de la Direction de la Recherche Fondamentale du CEA. Depuis plus de 50 ans, son rôle est de mener des recherches sur une nouvelle source d'énergie : la fusion par confinement magnétique, en s'associant avec le programme Fusion européen. L'IRFM est installé sur le Centre CEA de Cadarache. Les activités de L'IRFM sont structurées autour de trois axes de recherches de développement :
- contribuer à la réalisation du projet ITER et ceux de l'Approche Elargie (tokamak JT-60SA principalement),
- préparer l'opération scientifique d'ITER, à travers des activités d'expérimentation et de contrôle, ainsi que de théorie et de modélisation,
- établir les bases du futur réacteur de fusion.
Ces activités sont intimement connectées à un effort tout particulier de formation des générations futures de physiciens et de technologues de la fusion. L'IRFM a à sa disposition de nombreuses plateformes de R&D et de tests, dont le tokamak WEST (pour Tungsten (w) Environnement Steady-State Tokamak), transformation de Tore Supra en banc de test pour ITER, le nouveau tokamak du CEA va permettre de tester l'un des composants clé d'ITER et de poursuivre les recherches en physique des plasmas, dans un contexte international grâce aux nombreuses collaborations mises en place.

Description du poste

Domaine

Instrumentation, métrologie et contrôle

Contrat

Stage

Intitulé de l'offre

Etude numérique de la propagation de fissure dans les composants face au plasma H/F

Sujet de stage

Dans les machines de fusion thermonucléaire de type ITER ou WEST, le plasma est confiné par des champs magnétiques et physiquement contenu dans une chambre à vide protégée par des Composants Face au Plasma (CFP). Ces CFP sont soumis à des flux de rayonnement et éventuellement à des flux de convection très intenses en provenance du plasma (10 à 20 MW/m2), ils doivent présenter les capacités thermiques nécessaires à l'évacuation de tels flux. Les composants soumis à ces hauts flux sont les « Plasma Facing Unit » (PFU). Pour des raisons thermomécaniques, ils sont constitués d'une partie face au plasma (matériaux d'armure) en tungstène qui est assemblée à un alliage de cuivre le tout étant refroidi avec de l'eau pressurisée.

Durée du contrat (en mois)

6 MOIS

Description de l'offre

Une fois installés dans la machine, les composants subissent des sollicitations thermiques au cours des campagnes expérimentales. A la suite des campagnes, des endommagements des composants ont été observés [1]. Une modélisation éléments finis (EF) adaptée [2][3], par l'estimation de l'accumulation de déformation plastique, permet d'estimer l'endommagement des composants. A l'heure actuelle, les modèles numériques de calcul de l'endommagement des CFP permettent de calculer la probabilité d'apparation de fissure au regard de la géométrie du composant et des chargements thermiques subis. Ces modèles intégrent également la perte des propriétés mécaniques induites par la recristallisation du tungstène. Dans la littérature [4], des modèles numériques (J-Intégral) permettent de simuler la propagation de fissure. Cependant, ces modèles n'intégrent pas l'effet potentiel de la recristallisation.

L'objectif de ce stage consite à implémenter les calculs J-Intégral dans le modèle numérique disponible au CEA, modèle qui prend en compte la recristallisation du tungstène. Une fois mis en place, les effets de la recristallisation et des chargements thermiques (type, amplitude) sur la propagation de fissure pouront être étudiés.


[1] M. Diez et al., “First evidence of optical hot spots on ITER-like plasma facing units in the WEST tokamak,” Nucl. Fusion, vol. 60, no. 5, 2020.
[2] A. Durif, “PFC life time modeling taking dynamic tungsten recrystallisation,” CEA, Cadarache, thèse, 2019.
[3] A. Durif, M. Richou, G. Kermouche, M. Lenci, and J.-M. Bergheau, “Impact of tungsten recrystallization on ITER-like components for lifetime estimation,” Fusion Eng. Des., vol. 138, 2019.
[4] M. Li et al., Fracture mechanics assessment of divertor vertical target under thermal loading conditions, Fusion Eng. Des., vol. 146, 2019

Nature du travail à réaliser par l'étudiant :
1. Bibliographie – Prise de connaissance des méthodes de calculs EF et J-intégral (1 mois)
2. Modèle éléments finis : Implémentation du J-Intégral dans le modèle existant au CEA (2 mois)
3. Calcul : - Modélisation pour prise en compte des chargements réalistes (3 mois)

Moyens / Méthodes / Logiciels

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