Service des Accélérateurs, de Cryogénie et de Magnétisme

L’installation Ifmif (International fusion material irradiation facility) est destinée à irradier et caractériser sous flux de neutrons les matériaux constitutifs des futurs réacteurs de fusion. Elle sera composée de deux accélérateurs délivrant chacun un faisceau continu de 125 mA de deutons à une énergie de 40 MeV sur une cible de lithium liquide afin de produire un flux intense de neutrons (10¹⁸ n.m^-2.s^-1) de 14 MeV. La forte intensité et les qualités du faisceau exigées nécessitent une phase préalable, appelée Eveda (Engineering validation and engineering design activity) comportant la réalisation d'un accélérateur prototype (9 MeV à 1 MW) qui sera installé à Rokkasho au Japon.

L’accélérateur prototype Ifmif-Eveda

La construction de l’accélérateur prototype Ifmif-Eveda est placée sous la responsabilité du Siiev qui s’appuie sur le SACM pour l’ensemble des technologies associées à l’injecteur, la dynamique faisceau, la radiofréquence, la cryogénie et les cavités accélératrices supraconductrices, et sur le SIS pour les études mécaniques et le suivi de réalisation des composants chez les industriels.

Le principal défi de l’accélérateur est la haute intensité du faisceau : les pertes de faisceau, même minimes, peuvent endommager la machine et activer les matériels, alors que d’importantes forces de charge d’espace tendent à défocaliser le faisceau et à augmenter son émittance.

Le SACM est responsable de la réalisation de l’injecteur de deutons de 100 keV. La source d’Ifmif-Eveda est basée sur la source Silhi et équipée d’un système d’extraction optimisé pour un faisceau de deutons. La ligne à basse énergie a été conçue après d’intensives simulations de dynamique faisceau permettant de prendre en compte les phénomènes de compensation de charge d’espace dans le transport et d’assurer la préservation de l’émittance.

La conception du transport du faisceau dans la ligne à moyenne énergie et le linac supraconducteur à cavités demi-onde a également été effectuée par le SACM. Des simulations de dynamique faisceau ont validé notamment le niveau des pertes de faisceau qui doivent être maintenues à moins d’une fraction pour un million.

Le cryomodule

Le cryomodule de l’accélérateur prototype Ifmif permettra d’accélérer jusqu’à une énergie de 9 MeV le faisceau de deutons sortant du RFQ à 5 MeV. Il comporte 8 cavités supraconductrices à 175 MHz munies de coupleurs de puissance qui transféreront en continu 70 kW au faisceau. Huit solénoïdes supraconducteurs sont disposés entre chaque cavité pour assurer la focalisation. Le laboratoire espagnol Ciemat, partenaire de la collaboration, est en charge des solénoïdes et d’une partie de la prestation pour les systèmes à radiofréquence.

Commencées à la fin de l’année 2008, les études ont conduit à deux solutions originales:

1.     La position horizontale des cavités qui permet de placer le coupleur de puissance verticalement afin de limiter les risques de casser son passage étanche en céramique.

2.     Un système d’accord en fréquence par plongeur capacitif qui offre une grande plage de réglage et permet de diminuer la distance entre les cavités et les solénoïdes. Cette contrainte de compacité est prédite par la dynamique du faisceau pour limiter les pertes.

Deux circuits d’hélium liquide à 4 K permettent de refroidir l’ensemble des cavités indépendamment de l’ensemble des solénoïdes. Un châssis associé à une barre d’invar garantit l’alignement des cavités et des solénoïdes par rapport à l’axe du faisceau après leur refroidissement à 4 K, tout en fixant la position longitudinale des 8 coupleurs de puissance.