Alimentation injection de neutres
Les équipements d'alimentation électriques pour le système d'injection de neutres (NBI) sont installés dans une zone de 11 700 m² située à proximité du Bâtiment tokamak. Tout comme la performance du système NBI, les équipements de l'alimentation électrique sont eux aussi « sans précédent ».
A l'intérieur du Bâtiment tokamak, deux puissants injecteurs dirigent vers le centre du plasma des faisceaux de particules de deutérium, neutralisées, à très grande vitesse. Au travers de multiples collisions, celles-ci transfèrent leur énergie aux particules déjà présentes dans le plasma. Un troisième injecteur, plus petit, génère un faisceau qui est utilisé pour sonder le plasma à des fins de diagnostic.
A l'extérieur du Bâtiment tokamak, les équipements d'alimentation électrique nécessaires au fonctionnement de ces injecteurs de neutres occupent un espace de 11 700 m². Cette zone pour l'alimentation électrique s'organise autour de deux bâtiments, dont l'un sera connecté au Bâtiment tokamak par des lignes de transmission.
Le système de chauffage par injection de neutres permet de coupler au plasma des dizaines de mégawatts de puissance. Outre son rôle de source principale de chauffage auxiliaire (33 MW sur les 50 MW requis), le système contribue à générer et à contrôler le « courant plasma ». Au cœur des deux* puissants injecteurs, des noyaux de deutérium porteurs d'une charge négative (ions) sont accélérés par un champ électrique de 1 Mega Volt. Ce faisceau de particules chargées doit cependant être neutralisé de manière à pouvoir franchir l'enceinte magnétique qui confine le plasma. En passant au travers d'une cellule contenant un gaz, les ions deutérium « récupèrent » leur électron manquant et recouvrent ainsi leur neutralité électrique.
Bien que couramment utilisée dans les machines de fusion, l'injection de neutres change d'échelle dès lors qu'il s'agit de l'utiliser dans une machine de la taille du Tokamak ITER. Tandis que dans le tokamak JET le système délivre 130 000 Volt pendant quelques secondes (500 000 Volt pendant quelques minutes pour le tokamak euro-japonais JT-60SA) la tension requise pour ITER est de l'ordre du million de Volt [1 MV] et la durée d'une heure.) Le dispositif électrique qui alimentera le système d'injection de neutres d'ITER est donc sans commune mesure avec ceux des autres tokamaks et représente la majeure partie (60%) du coût total du système.
* En fonction des besoins du programme scientifique, un troisième injecteur pourrait être installé.
Des technologies de pointe
De nombreux équipements de haute technologie sont nécessaires pour produire 1 MV en courant continu et pour le transmettre aux grilles d'accélération à l'intérieur des injecteurs.
Les systèmes électriques à très haute tension des deux injecteurs principaux, par exemple, seront installé à six mètres du sol dans des caissons métalliques (cages Faraday). Transformateurs, systèmes de distribution de puissance, convertisseurs et armoires de commande—environ 50 tonnes d'équipements par injecteur—seront ainsi isolés du sol. Les traversées électriques, qui connectent l'alimentation aux lignes de transmission sont hautes de 12 mètres.
Pour valider les éléments de haute technologie du système d'injection de neutres avant de les installer sur la machine ITER, ITER Organization et les agences domestiques de l'Europe, du Japon et de l'Inde ont créé le Centre d'essai NBTF (Neutral Beam Test Facility) à Padoue (Italie). Les éléments qui y seront testés sont identiques à ceux qui équiperont la machine ; le retour d'expérience permettra de collecter des enseignements précieux sur la faisabilité des fabrications et sur la performance de ces éléments. De manière similaire, l'agence domestique indienne a créé un banc d'essai pour le système de diagnostic par injection de neutres, qui permettra de tester les éléments avant leur livraison à ITER.
L'infrastructure qui abritera l'alimentation du système d'injection de neutres est maintenant en place sur le chantier ITER. Le Bâtiment 34 (Neutral Beam Power Supply Building) regroupera les équipements basse tension du système (ponts redresseurs et équipements de conversion du courant). L'alimentation haute tension—y compris un caisson métallique et une traversée par injecteur—sera installée quant à elle dans le Bâtiment 37 (High Voltage Building). Des lignes de transmission relieront les injecteurs à leur source d'alimentation par des ouvertures au niveau L3 du Bâtiment tokamak.
Pour en savoir plus sur le système d'injection de neutres et les essais en cours au Centre NBTF, cliquez sur ce lien.
Alimentation du système d'injection de neutres en chiffres
- Dimensions, Bâtiment 34 : 45 m x 32 m x 9 m (L x W x H)
- Dimensions, Bâtiment 37 : 86 m x 30 m x 25 m (L x W x H)
- Hall « haute tension » injecteur 1 : (30 m x 30 m)
- Hall « haute tension » injecteur 2 : (30 m x 30 m)
- Hall injecteur 3 (diagnostic) (18 m x 30 m)
- Caissons métalliques « haute tension » : 12 m x 8 m x 10 m (hauteur), 50 tonnes, installés sur des supports de 6 mètres de haut
Équipements principaux pour l'alimentation du système d'injection de neutres :
3 transformateurs « secs » à tension moyenne 22kV/0.6 kV, Bâtiment 34
2 transformateurs à haute tension 66 kV /1.2 kV, devant le Bâtiment 34
3 transformateurs à tension moyenne 22 kV /0.6 kV avec une isolation à 100 kV
10 transformateurs à haute tension avec des redresseurs en sortie, dans la zone technique extérieure (Area 30) avec une isolation à 1 MV
2 transformateurs à tension moyenne 22 kV/6.6 kV avec une isolation à 1 MV
1 transformateur à tension moyenne 22 kV /6.6 kV avec une isolation à 100 kV
672 tonnes d'huile pour les transformateurs
187 mètres de lignes de transmission (remplies de gaz SF6 à 6 bars pour l'alimentation du système de chauffage par injection de neutres)
Plusieurs convertisseurs de puissance (redresseurs et onduleurs), Bâtiment 34
Plusieurs convertisseurs de puissance (redresseurs et générateurs RF) dans les Halls « haute tension », Bâtiment 37
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