20 avril 2016
Mise en service de l’injecteur de l’accélérateur prototype IFMIF à Rokkasho (Japon)
Mise en service de l’injecteur de l’accélérateur prototype IFMIF à Rokkasho (Japon)

De g. à dr. : B. Bolzon (Irfu), N. Bazin (Irfu), J.-M. Ayala (Irfu), R. Gobin (Irfu), S. Chel (Irfu), M. Faury (DRF), D. Verwaerde (Administrateur général du CEA), A.-I. Etienvre (chef de l'Irfu), G. Fioni (ancien directeur de la DSM)

 

L’injecteur du projet  IFMIF/EVEDA (Engineering Validation and Engineering Design Activities),  vient d’être inauguré ce 21 avril en présence de l’Administrateur Général du CEA, Daniel Verwaerde, sur le site de Rokkasho au Japon. Conçu et réalisé par les équipes de l’Irfu , il est constitué d’une source d’ions et d’une ligne de transport équipée de lentilles magnétiques et de systèmes de diagnostic. Après avoir été testé sur le site de Saclay en 2012, l’ensemble des éléments a été transféré à Rokkasho fin 2013 pour intégration sur l’accélérateur.  Depuis 2014 les équipes françaises et japonaises ont effectué de nombreux tests, d’abord en protons puis en deutons. La dernière campagne de mesure, effectuée début 2016, a permis de vérifier le parfait comportement de l’injecteur. Il est capable de livrer un faisceau d’ions deutérium avec des caractéristiques d’intensité de 114 mA, et d’émittance de 0.26 pi.mm.mrad. La  dimension et la divergence du faisceau battent un record mondial à ce jour !

 
Mise en service de l’injecteur de l’accélérateur prototype IFMIF à Rokkasho (Japon)

EVADA, prototype de plus petite taille, permettra de valider la faisabilité de l’accélérateur IFMIF

Le projet IFMIF/EVEDA (Engineering Validation and Engineering Design Activities)

IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) est identifié dans le plan de développement de DEMO, usine prototype de production d’électricité basée sur la fusion, et considéré comme incontournable pour en finaliser les études et en permettre le démarrage.

Le projet IFMIF/EVEDA vise à fournir les informations nécessaires à la construction de IFMIF, à travers deux types d’activités :

  • l’étude de l’infrastructure IFMIF avec la livraison du rapport d’études (IIEDR)
  • la qualification de parties critiques de cette infrastructure sur des prototypes intégrés (tête de l’accélérateur jusqu’à 9 MeV, cible Lithium à l’échelle 1/3, un module instrumenté de cellule de test)

IFMIF/EVEDA est développé et construit par une large collaboration internationale dans le cadre de l’Approche Elargie du projet ITER. Le management est partagé entre l’Europe (F4E - Fusion for Energy) et le Japon (JAEA). Les principaux membres européens sont la France, l’Italie, l’Espagne et l’Allemagne.

Les études et les prototypes sont effectués dans les sites européens de la collaboration (CEA-Saclay, ENEA-Brasimone, INFN-Legnaro, KIT, SCK-CEN, CIEMAT) et les sites JAEA impliqués (Rokkasho et Oaraï). Seuls quelques laboratoires collaborent aux études et développements de l’accélérateur IFMIF, et, pour des raisons historiques et stratégiques, le CEA est un acteur bien positionné dans ce projet. Il est même le plus engagé des contributeurs européens sur ce système particulier.

 

Implication de l’Irfu sur IFMIF/EVEDA

L’Irfu coordonne et/ou fournit les sous-systèmes suivants :

L’injecteur de deutons,

  • le SRF-Linac (Superconducting Radio Frequency),
  • un lot de diagnostics pour le faisceau,
  • le cryoplant, les amplificateurs du Système RF,
  • le système de contrôle/commande.

L’Irfu a également un apport important en expertise (sécurité, dynamique faisceau) et participe à l’installation et le commissioning de l’accélérateur prototype au Japon. L’IRFU a également participé aux études de design de IFMIF. 

 
Mise en service de l’injecteur de l’accélérateur prototype IFMIF à Rokkasho (Japon)

Schéma du LIPAc: Linear IFMIF Prototype Accelerator.

Accélérateur LIPAc du projet IFMIF/EVEDA, l’accélérateur des superlatifs

Cet accélérateur prototype vise à accélérer un faisceau de deutons d’une intensité de 125 mA jamais atteinte à travers une chaine de modules composée :

  • d’un injecteur 100 keV,
  • d’un RFQ ( Radio Frequency quadrupole)de 5 MeV et
  • d’un étage de SRF-Linac à 9 MeV.

La puissance faisceau attendue en fin de machine est supérieure au 1MW, ce qui qualifiera l’étage basse énergie de la tête de l’accélérateur IFMIF. Du fait des performances visées, le LIPAc n’a aucun équivalent au monde, ce qui se répercute sur les modules : injecteur le plus intense, RFQ le plus long, cryomodule pour ions légers d’intensité moyenne la plus élevée.

 

L’injecteur de deutons

L’injecteur de deutons est le premier élément du LIPAc livré au Japon en 2013.

De la France au Japon, les étapes du transport des des éléments de l'injecteur fin 2013. De gauche à droite, désassemblage à Saclay, voyage en bateau jusqu’au port d’Hacchinoe et réception à Rokkasho.

 
Mise en service de l’injecteur de l’accélérateur prototype IFMIF à Rokkasho (Japon)

Injecteur d'Ifmif vu de haut, avec de gauche à droite : la source, le tube accélérateur et la ligne de transport à basse énergie

 

L’injecteur comprend 2 sous-ensembles : la source d’ions placée sur une plateforme Haute-Tension 100 kV avec son système d’extraction et la ligne de transport avec ses lentilles magnétiques, son système de pompage et ses diagnostics.

A ce jour, aucune source d’ions existante ne produit un faisceau de D+ continu aussi intense avec des caractéristiques aussi serrées pour garantir une parfaite adaptation à l’entrée du composant suivant (RadioFrequency Quadrupole). De plus, des diagnostics permettant de caractériser le faisceau et d’en effectuer une surveillance en continu sont spécialement développés.

 

De plus, en mode pulsé, les mesures d’émittance (ellipse  qui englobe 95% des particules du faisceau et caractérise la dimension et la divergence du faisceau) ont montré que la qualité du faisceau répond aux conditions requises à l’entrée de cavité accélératrice RFQ.

Émittance d’un faisceau pulsé de 140 mA - 100 keV

 

Suite de l’installation et commissioning de l’accélérateur prototype LIPAc

L’installation et le commissioning s’effectuent par phases :

  • la phase A - 100 keV (Injecteur et LEBT), qui correspondait à l’installation de l’injecteur et à la mise en route du faisceau de protons ou de deutons
  • la phase B - 5 MeV (RFQ et MEBT), qui correspond à l’installation de l’élément RFQ qui accélère et focalise le faisceau. Les 3 modules RFQ de 10 mètres de long ont été livrés au Japon fin février
  • la phase C - 9 MeV (SRF-Linac et HEBT), qui correspond  à l’installation des derniers éléments du LIPAc , ce qui permettra d’atteindre une puissance de faisceau supérieure à 1 MW en fin de machine

Les phases B et C s’effectuent en pulsé pour limiter l’activation de l’accélérateur et sont suivies d’une phase D durant laquelle le cycle utile est progressivement augmenté jusqu’à 100%.

Cette phase qui se terminera en décembre 2019 offre aux laboratoires de la collaboration de conforter leur avance technique dans le domaine des accélérateurs basse énergie de très forte intensité.

 

Maj : 25/04/2016 (3751)

 

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