Le Tokamak et l'exemple d'ITER

Résumé du document

Ce dossier présente le Tokamak : c'est une machine magnétique mise au point en Russie, dans le but de confiner des plasmas pour pouvoir les étudier. Il s'agit de l'acronyme de Toroidalnaja Kamera Magnetrnaja Katuska qui signifie « Chambre toroïdale à confinement magnétique ». Il en existe actuellement plusieurs dans le monde, en particulier un en France au CEA sur le site de Cadarache (Bouches-du-Rhône) : le Tokamak « Torre Supra » et bientôt un autre, ITER. Le Tokamak est une technologie expérimentale qui a pour but d'obtenir de l'électricité à partir de la réaction de fusion nucléaire. L'exposé se décompose en trois temps : tout d'abord une présentation du tokamak (objectifs, conditions de réalisation de la réaction, description du tokamak) puis la description de la physique du confinement magnétique et enfin la présentation d'application médiatisée du tokamak : ITER.

Extraits

[...] L'ensemble du personnel ITER (Joint Central Team) présent sur les co-centres représente environ 150 personnes. Les spécifications techniques nécessaires à la réalisation d'ITER sont définies par l'équipe ITER puis confiées pour exécution aux "Home Teams". [...]

[...] - Les espèces de charge opposées se déplacent en sens opposé. Le choix de la géométrie torique Un plasma est constitué de particules chargées. Dans un plasma à l'état libre, la trajectoire des particules est aléatoire et les particules vont s'échapper. Comme le plasma est formé de particules chargées, les champs magnétiques peuvent interagir sur celles-ci. Si ce même plasma baigne dans un champ magnétique rectiligne, dans le cas d'une géométrie cylindrique, les particules s'enroulent autour des lignes de champ et ne peuvent plus atteindre les parois latérales. [...]

[...] C'est là que le confinement magnétique, dont le Tokamak fait l'objet, a une importance de taille. Les particules du plasma (chargées) sont sous l'influence de champs magnétiques très intenses qui leur imposent des trajectoires précises pour rester dans la chambre de confinement et ne pas s'approcher trop près des parois (risque de fonte des matériaux). Description du Tokamak Le système magnétique du Tokamak, sui représente plus de 40% du prix, est formé de trois types de bobines. Ces bobines permettent à la fois le confinement du plasma, mais aussi le chauffage de celui-ci pour initialiser les réactions. [...]

[...] L'aimant supraconducteur est placé dans une enceinte sous vide isolée (cryostat) enveloppant l'enceinte torique du plasma. Pour limiter les pertes thermiques, l'aimant est protégé par des surfaces isothermes refroidies : les boîtiers inox sont maintenus à 4.5 K et des écrans thermiques en inox refroidis à 80 K protègent les deux faces du cryostat des rayonnements. Le système cryogénique a été optimisé en utilisant des ballasts thermiques capables d'absorber les pics périodiques de chaleur résultants des variations du champ poloïdal (disruption, etc.) Bobines poloïdales Elles sont constituées d'un alliage fait de NbSn (préféré au NbTi car ce matériau reste supraconducteur à température plus élevée). [...]

[...] Le courant est induit par les gradients de pression. Il ne s'agit en aucun cas d'induction. On appelle cela l'effet Bootstap. En jaune : sens du courant Iplasma En bleu : lignes du champ magnétique induit Remarque : On peu démontrer facilement la configuration des lignes de champ. Pour cela il suffit d'assimiler le plasma à un fil électrique infini. Il vient : B(r)=[μ.Iplasma/(2.π.r)].uθ étant la distance radiale et uθ le vecteur orthoradial) 7 Résultante ces trois champs La réunion de ces trois champs magnétiques amène au champ magnétique résultant de confinement. [...]