Studio delle proprietà di ritenzione di Deuterio in film di Tungsteno nanostrutturati esposti a plasmi fusionistici

The main aims of this thesis work are devoted to the study of properties of Deuterium retention in Tungsten nanostructured films, grown by pulsed laser deposition technique, for possible applications in magnetic confined nuclear fusion systems. The production part of this work was carried out taking into account what has already been learned from previous studies, and therefore with good consciousness of the influence of deposition parameters during the growth of the film. Special attention has been paid on ambient pressure and laser fluence, in order to obtain different morphologies, ranging from nanocrystalline to amorphous-like. This second type of disordered nanostructure is able to simulate a damaged material, i.e. the first wall of a fusion device after the interaction with a neutron field. Amorphous-like samples have been exposed to the divertor-like plasma of PILOT-PSI. After the irradiation, samples have been analized focusing on Deuterium retention properties. For this purpouse has been used Thermal Desorption Spettroscopy, and samples characterization has been carried on by means of scanning electron microscopy, x-ray diffraction spectroscopy and energy dispersive x-ray spectroscopy. The main result obtained in this thesis work is to have a first experimental approach with the effects of interaction of Tungsten nanostructured films with plasma. Further experiments will required detailed analysis on the influential parameters in the phases of deposition and exposure to the plasma, in order to understand the interaction of Deuterium with Tungsten films and structural and morphological changes of the samples.

Gli obiettivi principali di questa tesi vertono sullo studio delle proprietà di ritenzione del Deuterio in film di Tungsteno nanostrutturati, cresciuti con la tecnica di deposizione laser pulsata, per possibili applicazioni in sistemi per la fusione termonucleare a confinamento magnetico. Il lavoro di deposizione è stato svolto a valle di quanto già appreso da precedenti studi, e quindi con buona consapevolezza dell'influenza dei parametri di deposizione nella fase di crescita del film. In particolare, si è prestata speciale attenzione a parametri operativi del processo come la pressione in camera e la fluenza del laser, sulla base dei quali si sono individuati regimi di crescita colonnare o quasi - amorfo dei campioni. Questa seconda tipologia di nanostruttura disordinata ha la peculiarità di simulare un campione danneggiato, rappresentativo, ad esempio, della parete interna di un reattore a fusione in seguito al bombardamento neutronico. Sulla base di queste osservazioni, campioni amorphous - like sono stati esposti al plasma di PILOT, una facility che riproduce le condizioni della zona periferica (divertore) di un reattore a fusione. In seguito all'irraggiamento, è stata condotta un'analisi mirata allo studio delle proprietà di ritenzione del Deuterio. Il meccanismo di indagine si è basato sulla Thermal Desorption Spettroscopy, mentre per quanto riguarda la caratterizzazione del campione si è fatto uso del microscopio a scansione elettronica, della spettroscopia a diffrazione di raggi X e della spettroscopia a dispersione di raggi X. Con questo lavoro di tesi è stato possibile avere un primo approccio sperimentale con gli effetti dell'interazione di film di Tungsteno nanostrutturati con un plasma. Futuri studi richiederanno analisi approfondite sui parametri influenti nelle fasi di deposizione e di esposizione al plasma, allo scopo di comprendere i meccanismi di interazione del Deuterio con i film e le variazioni morfologiche e strutturali dei campioni.