ITER Negative Ion Source Research Project – ITER-NIS

Les réactions de fusion dans ITER seront amorcées par l'utilisation d'un système d'injection de neutres permettant de coupler au plasma près de 35MW d'atomes énergétiques (D°) à 1MeV. Ces neutres sont obtenus à partir d'ions négatifs de deutérium(D-) extraits d'une source d'ions, accélérés à 1MeV au moyen d'un accélérateur électrostatique (1MeV 40A de D-) , et ensuite neutralisés par collisions (épluchages) avec des molécules de deutérium dans une enceinte (neutraliseur). Les contraintes imposées au niveau de la source d'ions négatifs sont importantes, et sans précédent: elle doit produire sur des temps longs (de 100 à 3600s) des densités de courant d'ions négatifs élevées (200A/m2) avec une homogénéité de ± 5% sur une grande surface (~1.2m2), avec par ailleurs, un haut niveau de fiabilité pour minimiser les interventions dans le milieu activé d'ITER. Les sources conventionnelles à arc basse pression utilisées jusqu'à présent sur tous les injecteurs de neutres, présentent des limitations pour la production d'ions négatifs en impulsions longues, notamment en raison d'un temps de vie limité des filaments. Pour ces raisons, des sources d'ions, dites radiofréquence (RF), sont envisagées pour ITER. Dans ce type de source, le plasma est généré par un couplage inductif des ondes électromagnétiques, i.e. le transfert d'énergie de l'onde aux particules (électrons) du plasma. Ces ondes électromagnétiques sont émises par plusieurs antennes localisées à l'extérieur de la source (en partie arrière). La production de hautes densités d'ions négatifs est obtenue par la diffusion d'atomes/ions en provenance du plasma source sur une surface métallique traitée à bas travail de sortie (dépôt de Césium). Pour ITER, ces ions négatifs seront créés dans le voisinage proche de l'accélérateur, sur la grille interface entre le plasma source et la cavité d'accélération. L'utilisation du Césium pour ITER est un handicap sérieux en raison de sa diffusion probable dans l'espace d'accélération ; à long terme, il peut être source d'importantes perturbations (particules parasites) dans l'accélérateur nécessitant sur ITER de lourdes et complexes interventions par télémanipulation. Etant donné la complexité des problèmes physiques à traiter, plusieurs laboratoires avec expertises en modélisation, physique des plasmas, physique atomique et moléculaire, vont permettre l'élaboration d'un ensemble d'outils de modélisation en accompagnement des développements technologiques en cours dans les associations du consortium européen autour de l'IDN-ITER. Ces travaux de recherche couvrent tous les aspects de la source d'ITER, entre (WP1) la génération du plasma par induction, son transport dans le confinement magnétique de la source, (WP3) la production d'ions négatifs par effet de surface sous le bombardement des particules plasma, (WP2) le transport des ions négatifs dans la gaine magnétisée jusqu'à leur extraction (ménisque) dans le canal d'accélération, et (WP4) la validation des modèles sur banc de tests équipé d'une source du type ITER à l'échelle 1/16ième. Ce nouveau pôle de recherche centré sur la source d'ions ITER s'intègre dans le consortium d'associations européennes autour de l'IDN d'ITER comme support scientifique, avec pour objectif, l'optimisation, la prévision et l'évolution des systèmes IDN pour ITER et les futurs réacteurs de Fusion.