Solution Alternative pour Relever le Défi des sources d'Ions NEgatifs pour la fusion – SARDINE

Ce projet concerne les sources d'ions négatifs d'hydrogène pour les futurs réacteurs de fusion. Ces sources sont basées sur des plasmas froids d’H2 à basse pression dans lesquelles du césium (Cs), injecté sous forme de vapeur, se dépose sur les surfaces en contact avec le plasma et augmente considérablement la production de surface des ions négatifs H-. Du fait de sa haute réactivité chimique, le Cs est pollué rapidement et doit être injecté en continu, ce qui entraîne son accumulation à l'intérieur de la source. Ceci conduit des arrêts réguliers pour maintenance, acceptables pour un réacteur de recherche mais non envisageables pour une centrale nucléaire. La recherche de matériaux alternatifs au Cs se heurte aux contraintes d’une source d’ions négatifs (érosion, pollution, contraintes mécaniques et thermiques sévères). A ce jour, aucune solution n'a été trouvée pour remplacer le Cs dont l'injection continue garantit l'efficacité de la source, mais en même temps signe son inadéquation avec les spécifications d'une centrale. Nous proposons d'étendre l’avantage du renouvellement continu du Cs à potentiellement tout matériau efficace pour la production de surface de H-. L'idée principale est d'utiliser ces matériaux alternatifs sous forme de microparticules en transit court dans le plasma afin d’éliminer les problèmes de pollution ou d’érosion. Cette solution permettrait d'augmenter la production de H- grâce à la grande surface spécifique des microparticules, mais aussi les chances d’extraire ces ions de la source grâce à leur accélération par la différence de potentiel entre microparticules et plasma. Ce projet vise à étudier la physique requise pour développer cette solution innovante, depuis la production et l'extraction des ions négatifs jusqu’aux aspects fondamentaux liés au comportement des microparticules émettant des ions négatifs dans un plasma.