Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme

LES MISSIONS du SIIEV

Les missions du SIIEV s'inscrivent dans la valorisation du savoir-faire sur les accélérateurs appliqué au domaine de la fusion.

Il s'agit, dans le cadre de l'Approche Elargie d'ITER, de mettre en œuvre la contribution française se rapportant à la première phase du projet IFMIF, dénommée EVEDA.

D'une part il coordonne les activités européennes (management projet et ingénierie système) liées aux deux objectifs de la phase EVEDA :

• Fournir l'avant-projet détaillé de l'accélérateur IFMIF.
• Concevoir, construire l'accélérateur prototype et réaliser les essais nécessaires.

D'autre part il coordonne les activités des sous-systèmes devant être fournis par la France, ainsi que les activités transverses :

• injecteur, module accélérateur supraconducteur, instrumentation faisceau, contrôle-commande

• dynamique de faisceau, sûreté-radioprotection, infrastructures.

LES ENJEUX

La maîtrise de l'énergie du type déployé dans les étoiles, la fusion thermonucléaire, passe par le réacteur ITER, qui vise à vérifier la faisabilité scientifique et technique, puis par le futur réacteur DEMO qui visera à démontrer la faisabilité industrielle de la production d'électricité par fusion. Les matériaux tapissant la paroi interne de ces réacteurs subissent une radiation intense de neutrons de 14 MeV. Les dommages causés sont caractérisés par le nombre de dpa (déplacements par atome), dus aux collisions avec les neutrons. Alors qu'il est estimé à 3 dpa sur toute la durée de vie d'ITER, il passera à 30 dpa par an pour DEMO.

Une étape essentielle dans la conception de DEMO consiste à qualifier les matériaux capables de subir de tels flux de neutrons sur une longue durée. C'est l'objet du projet IFMIF-EVEDA.

LE PROJET IFMIF-EVEDA

Ce projet fait partie, avec  le tokamak supraconducteur JT60-SA et le centre de calcul IFERC, des trois grands projets de Recherche de l'accord dit de l'"Approche Elargie" en complément d'ITER, signé entre l'Europe et le gouvernement japonais. IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) sera la source de neutrons la plus intense du monde (10¹⁷ neutrons/s). Elle est composée par deux accélérateurs délivrant un faisceau de particules de Deutérium de 40 MeV à une Cible de Lithium liquide, produisant ainsi le flux de neutrons destiné à l'irradiation des matériaux des Cellules de Test. Le niveau de radiation est prévu pour pouvoir induire 20 à 50 dpa par an.

Pour atteindre ces objectifs ambitieux, une première phase en cours de réalisation nommée EVEDA (Engineering Validation Engineering Design Activity), vise à construire les prototypes d'un accélérateur à l'échelle 1 mais jusqu'à 9 MeV seulement, d'une Cible Lithium à l'échelle 1/3, ainsi que des Cellules de Test.

LES ACCELERATEURS d'IFMIF-EVEDA

Pour produire le flux de neutrons désiré, les deux accélérateurs d'IFMIF doivent accélérer chacun 125 mA en continu (record mondial d'intensité) de deutons à une énergie de 40 MeV. La puissance totale délivrée sur une surface de 100 cm² de la cible Lithium est de 2 x 5 MW (record mondial de puissance). Ces performances extrêmes impliquent des défis sans précédent :

- L'importante force répulsive de charge d'espace s'oppose vigoureusement aux forces de focalisation nécessaires au guidage du faisceau de particules.

- Les pertes aussi infimes qu'un millionième du faisceau (1W), sont déjà dangereuses pour les équipements et doivent être soigneusement minimisées.

Ces accélérateurs de haute puissance sont constitués par: une source de deutons, une ligne de transport basse énergie, un RFQ de 10 m, une ligne moyenne énergie, un Linac supraconducteur, et enfin une ligne haute énergie conduisant le faisceau à la cible. L'ensemble mesure environ 70 m de long.

L'accélérateur prototype de la phase EVEDA est composé par les mêmes premiers éléments jusqu'à la ligne moyenne énergie incluse, puis du premier cryomodule du Linac supraconducteur, et d'une ligne haute énergie simplifiée conduisant les particules à un arrêt faisceau. Cet accélérateur mesure environ 35 m de long, délivre 125 mA de deutons en continu à 9 MeV, soit une puissance de 1,1 MW. Il est conçu et construit par 3 instituts européens : IRFU/SIIEV à Saclay-FRANCE, INFN à Legnaro-Italie, et CIEMAT à Madrid-Espagne. Il sera au final installé au Japon pour être démarré et testé.

L'IRFU contribue pleinement à ce projet, à travers le SIIEV qui assure la coordination scientifique et le management projet, ainsi que le SACM, le SEDI et le SIS.

LES JALONS 2010