Physique/chimie - Rejets LA CHIMIE THÉORIQUE pour évaluer évoluer le lie risque du BÉRYLLIUM dans ITER Le projet Bestair a récemment reçu le prix IRSN de la créativité en recherche exploratoire. Via une meilleure connaissance des formes chimiques associant le béryllium dans l’enceinte de l’installation ITER, son objectif était d’évaluer la potentialité de rejets de cet élément extrêmement toxique dans l’environnement en cas d’accident. Le projet ITER vise à démontrer s’il est technologiquement possible de produire de l’énergie à partir de la fusion thermonucléaire. En fonctionnement normal, une partie du tritium « imbrulé » ainsi que des masses importantes de poussières de tungstène et de béryllium (produites par l’érosion des parois internes) s’accumuleront dans la chambre à vide d’ITER au fil des décharges. La conception prévoit que, si une entrée d’eau ou d’air s’y produisait accidentellement, les poussières et les gaz seraient retenus par des systèmes de filtration. Le rôle de l’IRSN est d’en évaluer l’efficacité. Pour cela, les espèces chimiques gazeuses (plus délicates à filtrer) présentes doivent être quantifiées et leur transport dans l’installation évalué. Nouvelle interprétation des données Le projet BESTAIR (1) a porté sur la thermodynamique des molécules gazeuses associant béryllium, oxygène, hydrogène et tritium (T). Sa nouveauté par rapport aux études antérieures réside dans la prise en compte simultanée du tritium et du béryllium pour évaluer les rejets accidentels de l’installation (le premier posant un problème radiologique et le second étant extrêmement toxique). Dans une première étape, les enthalpies de formation des oxydes (BeO, Be 2O, Be nO n avec n < 7), des hydroxydes (BeOH et Be(OH) 2) et des hydrures (BeH, BeH 2) ont été réévaluées, sur la base de calculs des constantes structurales et vibrationnelles des molécules gazeuses et d’une nouvelle interprétation des données expérimentales spectrométriques disponibles dans la littérature. L’analyse a été complétée par des calculs de chimie théorique pour les espèces présentant les plus grandes incertitudes et pour les molécules tritiées. Ceux-ci ont été conduits avec différentes méthodes relevant de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), pour prendre en compte les effets quantiques dits « d’échange et corrélation » résultant des interactions entre électrons dans les molécules. La comparaison avec les données expérimentales jugées comme les plus fiables a permis de sélectionner, pour l’ensemble des espèces du système chimique Be-O-H-T, une approche empirique (2) pour exprimer le potentiel d’échange et corrélation en fonction du Laplacien de la densité électronique. 0- CF-cr, JF> - « - BeH cCee BeO Be2O Be2O2 Be3O3 AVANCÉES DE LA RECHERCHE 0 0 Be4O4 Be5O5 Be6O6 Géométries des molécules du système Be-O-H telles que données dans la littérature avec, en surimposition, celles calculées par chimie quantique dans le projet BESTAIR. IRSN Les données thermodynamiques ainsi obtenues ont été intégrées dans le logiciel ASTEC GLO récemment étendu à ITER. Le transfert des espèces chimiques depuis la chambre à vide vers différentes zones de l’installation a ainsi pu être simulé et les rejets potentiels quantifiés. Les travaux se poursuivent pour prendre en compte la présence de tungstène, et l’interaction chimique des gaz, notamment le tritium, avec les poussières de béryllium. CONTACT Marc Barrachin marc barrachin @irsn.fr Laboratoire d’étude du corium et du transfert des radioéléments – LETR (1) Beryllium Source Termdue to an Accident in the ITER experimental reactor. (2) de type Meta-GGA, Van Voorhis T.V. and Scuseria G.E., Journal of Chemical Physics 2 (1998) 410. BeH2 BeOH Be(OH)2 PUBLICATIONS Virot F., Barrachin M. et al « Theoretical prediction of thermodynamic properties of tritiatedberyllium molecules and application to ITER source term » Fusion Engineering and Design 89 (2014) 1544–1550. Aktis n°21 – juillet-septembre 2015 3