Centre d'essais NBTF

Le système de chauffage externe le plus puissant d'ITER, l'injection de (particules) neutres, sera testé avant exploitation au Centre d'essais NBTF (Neutral Beam Test Facility) de Padoue en Italie.

Bien que l'injection de neutres soit couramment utilisée pour le chauffage du plasma dans les machines de fusion, la taille d'ITER impose des exigences plus strictes : ainsi, les faisceaux de particules doivent être plus denses et les particules individuelles plus rapides afin de pénétrer en profondeur dans le cœur du plasma. Ce centre d'essai permettra aux scientifiques d'étudier certaines questions difficiles liées à la physique et à la technologie impliquées et de valider les concepts avant d'installer le système d'injection de neutres sur la machine ITER.

L'injection de neutres repose sur des faisceaux de particules animées d'une très grande vitesse qui pénètrent dans le plasma et lui transfèrent leur énergie par le biais de collisions. ITER sera équipé de deux injecteurs de neutres pour le chauffage (des réservations sont prévues pour en installer un troisième) et d'une ligne d'injection de neutres à des fins de diagnostic. Les injecteurs sont conçus pour fonctionner pendant 3 600 secondes en délivrant chacun des faisceaux de deutérium d'une puissance de 16,5 MW à 1 MeV d'énergie. 

Les faisceaux de neutres se forment par l'accélération, suivie de la neutralisation, d'ions—en particulier d'ions positifs. Mais compte tenu des exigences d'ITER (niveaux de puissance et de vitesse requis), l'ion positif devient difficile à neutraliser. En revanche, bien qu'offrant un bien meilleure efficacité de neutralisation, les ions négatifs sont nettement plus difficiles à gérer pendant les phases de production et d'accélération. La création, à partir d'une source d'ions négatifs, de faisceaux de neutres fiables et animés d'une très grande énergie implique donc un important saut technologique. Parmi les défis critiques on peut citer :

• l'extraction d'un faisceau d'ions négatifs de 40 A à partir d'une source radiofréquence de grande taille ;
• l'accélération du faisceau d'ions négatifs jusqu'à 1 MeV en maintenant la meilleure précision possible ;
• le développement de lignes de transmission haute tension isolées au gaz pour raccorder l'alimentation à la source du faisceau ;
• le maintien d'une haute tension (1 MV) sur des impulsions de 3 600 secondes ;
• le développement des diagnostics.

Au cours des dix dernières années, des programmes de R&D au Japon et en Europe ont contribué à combler le fossé entre la technologie actuelle et les besoins d'ITER. Une source d'ions négatifs, développée au travers de plusieurs générations de prototypes à l'Institut Max-Planck de physique des plasmas (IPP) de Garching en Allemagne, a servi de modèle pour la source requise par ITER. Depuis 2009 une source à l'échelle ½ d'ITER—ELISE—a permis d'accumuler de précieuses données expérimentales. (Ce programme est financé par l'Agence domestique européenne à titre de contribution volontaire au programme de neutres d'ITER.)

L'étape suivante est un centre d'essai capable de répondre aux exigences du système de neutres d'ITER à la fois en termes de puissance, d'énergie et de durée d'impulsion. Le centre d'essai NBTF, créé en 2012 suite à l'approbation du Conseil ITER, a fait l'objet d'un fort soutien de la part d'ITER Organization et des parties concernées par le développement des injecteurs de neutres—l'Europe et le Japon pour leur contribution en nature pour la partie chauffage et l'Inde la partie diagnostic.

Le bâtiment NBTF de 17 500 m² sur le site du Consorzio RFX à Padoue abrite deux bancs d'essai pour ITER : 

SPIDER, une source d'ions négatifs dimensionnée pour ITER et conçue pour répondre à toutes les exigences en matière de source d'ions.
MITICA, un injecteur de neutres de 1 MV (chauffage) qui permettra d'étudier et d'optimiser le système dans son ensemble (source, accélérateur, neutralisateur).

Les éléments conçus pour le centre d'essais NBTF sont identiques à ceux qui seront utilisés sur la machine ITER, ce qui permettra aux équipes concernées d'acquérir les informations et le savoir-faire indispensables à la fabrication des différents éléments du système et à leur exploitation en situation réelle.

• L'Europe a fourni tous les composants mécaniques de SPIDER et de MITICA (y compris les sources et les accélérateurs) ; l'alimentation de SPIDER (à l'exception de la grille accélérateur et l'alimentation fournies par l'Inde) ; l'alimentation basse tension, et la cage de Faraday de MITICA ; les auxiliaires (systèmes de refroidissement, de vide et injecteurs de gaz, installation de traitement et de stockage de gaz isolant, installation cryogénique) ; l'instrumentation et le contrôle ; et les diagnostics ;
• L'Inde a fourni le calorimètre et l'alimentation de la grille accélérateur pour SPIDER ;
• Le Japon a fourni les composants haute tension pour le système d'alimentation de 1 MV de MITICA (y compris le manchon MV, la ligne de transmission MV et la partie haute tension de l'alimentation MV) ; 
• L'Italie a fourni les bâtiments, des systèmes auxiliaires, et le réseau électrique. En tant qu'hôte, Consorzio RFX fournit une grande partie de la main-d'œuvre.