Département de Physique Nucléaire

La conception mécanique couvre quatre équipements répondant à la fois aux contraintes d’accès radiologique et aux contraintes de fonctionnement thermique du convertisseur :

• l’ensemble support cible tournante assurant la rotation, l’équilibrage et les échanges thermiques du convertisseur (Be ou C de différentes épaisseurs possibles) ;
• l’ensemble extracteur composé d’un « bras » qui permet la préhension et l’accostage de l’ensemble support cible à la chambre à vide lors de la phase de chargement, puis le dépôt de la cible dans son pot en plomb à la fin des tests d’irradiation ;
• le pot en plomb qui assure la protection biologique  de confinement ;
• l’ensemble table pour la translation du pot en plomb sur un chariot sur ~2 m, et assurant le positionnement de l’ensemble cible parfaitement en dessous de la chambre et de l’extracteur, avant et après irradiation.

Les calculs thermiques et thermomécaniques ont été au cœur des choix de conception. Un modèle de simulation thermique a été réalisé, prenant en compte les phénomènes de conduction et de rayonnement qui interviennent entre les pièces de l’ensemble cible et de l’extracteur. Compte tenu de la forte puissance déposée, 2 kW maximum, la température de la cible, selon son matériau, peut atteindre 940°C. La dimension, ainsi que la vitesse de rotation de la cible (~2000 tr/mn), ont été choisies afin de gérer la densité de puissance déposée par le faisceau en la répartissant sur une couronne du disque. L’échange thermique se fait sur plusieurs étages : par rayonnement de la cible tournante vers des parois « froides », puis par conduction à travers un contact élastique vers l’extracteur lui-même refroidi par convection grâce une circulation d’eau à 12°C. Par ailleurs, la cible a été isolée thermiquement de son support par des composants en céramique limitant ainsi le transfert de puissance vers la motorisation (température < 100°C). Les contraintes thermomécaniques qui apparaissent par dilatation et rotation restent ainsi maîtrisées pour garantir l’intégrité de la cible.

L’électrotechnique/Instrumentation: la surveillance de la rotation de la cible est cruciale. Elle est assurée par deux chaînes d’instrumentation distinctes afin de répondre aux exigences de sûreté puisque la cible est un EPS (Élément Participant à la Sûreté). Une grande réactivité de détection (en 100 ms) des défauts de vitesse est nécessaire, afin de conserver l’intégrité de la cible (coupure faisceau < 250 ms). La vitesse de la cible est régulée à ± 0,2 % et le déclenchement des défauts est à ± 10 %.L’environnement très sévère a constitué un défi technologique pour les composants retenus (rayonnement, vide, haute température, miniaturisation, maintenance, taux de panne…). Cet environnement a conduit à la robotisation de toutes les actions et manipulations du convertisseur ; de son confinement à son utilisation.

Contrôle-commande: l’un des objectifs principaux du système de contrôle commande est de piloter le convertisseur lorsque la salle d’expérience est verrouillée et interdite d’accès. Cela permet d’assurer qu’une cible irradiée est, soit positionnée dans la chambre à réaction en rotation dans l’axe du faisceau, soit confinée à l’arrêt dans son pot en plomb. Ce système assure aussi l’interface opérateur pour les demandes de chargement et déchargement de cible.

Le système de contrôle commande choisi s’appuie sur les outils standardisés par l’Irfu. Un automate programmable gère l’ensemble des axes motorisés avec précision (0,1 mm sur 2 m) et de manière fiable et répétitive. Le logiciel de supervision Muscade® assure l’interface homme-machine. En effet, il met en œuvre un automate programmable industriel (200 paramètres à gérer par axe) qui est couplé à des variateurs de vitesse. Le système s’interface avec les automates du Ganil de façon à prendre en compte les contraintes d’environnement de l’expérience.