Chambre à vide

La chambre à vide est l'enceinte en acier inoxydable, parfaitement hermétique, dans laquelle se produisent les réactions de fusion. Elle agit également comme première barrière de confinement. Dans ce volume de forme toroïdale (comme une chambre à air), les particules de plasma se déplacent selon un mouvement de spirale continu sans entrer en contact avec les parois. La chambre à vide constitue un environnement sous vide poussé. Elle assure une première protection contre le rayonnement neutronique, participe à la stabilité du plasma et agit comme une première barrière de confinement des radiations. Elle offre également un support à certains des composants internes du tokamak, comme les modules de couverture ou le divertor. La chambre à vide est équipée d'une double paroi en acier ; l'eau de refroidissement circulera entre les deux parois pour évacuer la chaleur générée par les réactions de fusion.

L'accès à la chambre à vide pour les opérations de télémanipulation et les interventions sur les installations de diagnostics, de chauffage et de vide se fera au travers de quarante-quatre « pénétrations ». En fonctionnement, ces ouvertures sont obturées par des brides étanches pour permettre la mise sous vide de l'enceinte plasma.

Un « carrelage », constitué par les modules de couverture assurera la protection de la surface interne de la chambre à vide contre l'impact des neutrons de très haute énergie produits par la réaction de fusion. L'eau de refroidissement y circulant évacue la chaleur générée par les réactions de fusion. Dans une phase ultérieure du programme d'exploitation de la machine, certains modules de couverture seront également utilisés pour tester les matériaux destinés aux systèmes de production de tritium. Tout comme le système magnétique d'ITER, la chambre à vide est située à l'intérieur du cryostat.

Dans un tokamak, la taille de la chambre à vide détermine le volume du plasma de fusion : plus l'enceinte est volumineuse, plus le sera le plasma, et plus la machine pourra produire d'énergie. Avec un volume total de 1 400 mètres cubes, la chambre à vide d'ITER fournira aux physiciens un outil expérimental sans précédent. Le volume de plasma (840 mètres cubes) sera six fois plus grand que celui du plus grands des tokamaks aujourd'hui en activité. Large de 19 mètres, haute de 11, présentant un rayon de 6 mètres, la chambre à vide pèse 5 200 tonnes. (Avec la couverture et le divertor, ce poids sera porté à 8 500 tonnes.)

Inserts de blindage

Le volume double paroi de la chambre est occupé à 55% par des inserts de blindage (in-wall shielding). Ces tôles en acier, qui pèsent jusqu'à 500 kg chacune, augmentent le blindage neutronique de la chambre à vide, limitant ainsi le rayonnement vers les aimants. Ils jouent également un rôle dans l'homogénéisation des lignes de champ magnétique toroïdal, réduisant un type de perturbation appelé Ripple (toroidal field ripple) qui peut impacter de façon négative la performance du plasma. Les tôles de blindage sont disposée en sandwich avec intercalaires pour permettre la circulation de l'eau entre les tôles. Les deux tiers de ces éléments stratégiques, au nombre de 9 000, seront installés pendant la fabrication de la chambre à vide ; le reste sera livré sur le site ITER pour une mise en place pendant la phase d'assemblage de la machine. (Sur la photo, on voit comment les inserts remplissent tout l'espace entre les éléments structurels de ce segment européen en fabrication.)

Bouclier thermique

Des écrans thermiques placés à deux endroits différents—entre la chambre à vide et les aimants, et entre les aimants et le cryostat—limiteront le transfert thermique entre les zones de température élevée et les éléments qui doivent être maintenus à basse température. Une réduction de la charge thermique issue du plasma d'environ deux ordres de magnitude est indispensable pour que les systèmes cryogéniques assurent le refroidissent efficace et stable des aimants, des cryopompes et du bouclier thermique.

Le bouclier thermique est composé de panneaux en acier inox polis ou argentés de manière à maintenir une faible émissivité. Les panneaux sont activement refroidis par un flux d'hélium à la température de 80 K (-193°C), circulant à l'intérieur des tubes de refroidissement soudés à la surface des panneaux. La surface totale du bouclier thermique est de quelque 10 000 m² pour une hauteur maximale de 25 mètres.