Aimants

Les dix-huit bobines de champ toroïdal (toroidal field coils), positionnées verticalement autour de la chambre à vide, génèrent un champ magnétique dont la fonction première consiste à confiner le plasma. Les bobines de champ toroïdal sont conçues pour générer une énergie magnétique totale de 41 gigajoules et un champ magnétique maximum de 11,8 teslas. Hautes de 17 mètres et larges de 7, pesant chacune 330 tonnes, les bobines de champ toroïdal sont les plus gros éléments de la machine après la chambre à vide. Les bobines de champ toroïdal seront constituées de différentes longueurs de supraconducteurs « câble-en-conduit », assemblées dans de grandes « galettes » (double pancakes), contenues dans une armature en acier inoxydable (la plaque radiale) et empilées pour former les « packs » de bobines. Avec les boitiers qui les contiennent (coil cases) et assurent leur cohésion, les 18 bobines pèseront presque 6 000 tonnes—soit le quart du poids total de la machine. Tout au long de la fabrication, des outils et techniques de pointe (comme le soudage laser par faisceaux d'électrons sous vide) permettront de respecter le cahier de charges, particulièrement contraignant en termes de tolérances et de qualité.

En « pinçant » le plasma, le champ magnétique des bobines de champ poloïdal (poloidal field coils) le maintient à l'écart des parois et contribue à sa forme et à sa stabilité. Le champ poloïdal est induit à la fois par les aimants et par le courant qui parcourt le plasma.

Le système magnétique poloïdal est constitué de six bobines horizontales positionnées à l'extérieur de la structure magnétique toroïdale. Fabriqué à partir de « câbles-en-conduit » enserrant les brins supraconducteurs de niobium-titane (Nb-Ti), le système poloïdal du tokamak ITER est conçu pour délivrer une énergie magnétique totale de 4 gigajoules et un champ magnétique maximum de 6 teslas. En raison de leur taille (plus de 24 mètres pour la plus grande et 400 tonnes pour la plus lourde), quatre des six bobines de champ poloïdal ont éte fabriquées sur site entre 2016 et 2024 dans un bâtiment dédié.

Le solénoïde central forme la « colonne vertébrale » de la machine. Sa fonction consiste à induire le courant plasma et à le maintenir tout au long de la décharge. Constitué de six bobines indépendantes à base de supraconducteur en niobium-étain, le solénoïde central est l'un des aimants supraconducteurs les plus complexes et les plus puissants jamais construits. D'un poids de 1 000 tonnes pour 13 mètres de haut (18 m de haut avec sa structure) et 4 mètres de large, il produira une énergie magnétique totale de 6,4 GJ et un champ magnétique maximum de 13 teslas, pour une intensité de courant de 15 MA pour des décharges de 300 à 500 secondes. Pendant toute leur durée de vie, les bobinages devront soutenir des cycles électromagnétiques lourds et répétés (jusqu'à 60 000 cycles) associés à des courants et champs de forte intensité. Une structure de pré-compression verticale assurera la cohésion de l'ensemble. La structure devra résister à une force de l'ordre de 60 méga newtons (ou plus de 6 000 tonnes de force). A titre de comparaison, la force nécessaire au décollement d'une navette spatiale est équivalente à environ 30 méga newtons.

Ces petites bobines, au nombre de 18, compensent les déviations qui peuvent affecter la géométrie du champ magnétique — celles-ci procèdent des tolérances dans la fabrication et l'assemblage des éléments. Plus légères et plus fines que les bobines de champ toroïdal ou poloïdal et parcourues d'un courant moins intense (10 kA), les bobines de correction mesurent jusqu'à 8 mètres de large. Leur fabrication et leur installation dans le tokamak présentent un certain nombre de défis à cause de leurs formes complexes, des tolérances réduites et l'environnement particulièrement dense de la chambre à vide. Les bobines de correction sont disposées par groupe de six dans les parties haute, médiane et basse de la surface externe de la chambre à vide.

Les lignes d'alimentation (magnet feeders) assurent l'alimentation cryogénique et électrique des aimants supraconducteurs. Elles fournissent l'hélium liquide pour assurer la supraconductivité des bobines de champ toroïdal/poloïdal et du solénoïde central, ainsi que l'alimentation électrique (grâce à des câbles supraconducteurs à haute température) et de l'instrumentation.

Les lignes seront préfabriquées en usine et raccordées aux bobines sur le site ITER. Au total, 31 lignes d'alimentation seront installées dans le Bâtiment tokamak pour l’alimentation du système magnétique.

Deux systèmes magnétiques placés à l'intérieur de la chambre à vide, conventionnels cette fois, offrent un moyen supplémentaire pour contrôler le plasma. Deux bobines annulaires agissant sur la stabilité verticale du plasma sont installées de part et d'autre du plan médian de la machine ; 27 bobines, fixées à la paroi interne de la chambre à vide, sont conçues pour générer des perturbations magnétiques au sein du plasma de manière à prévenir un type particulier d'instabilité appelé Edge-Localized Modes (ELMs). Conçues pour résister à l'environnement extrême de la chambre à vide de la machine, les bobines intérieures sont constituées de cuivre enveloppé d'un isolant minéral.