黑料专区

La machine

Aimants

Illustration en coupe transversale de la machine 黑料专区, mettant en 茅vidence le syst猫me magn茅tique et aimants supraconducteurs en bleu clair.

Le syst猫me magn茅tique d'黑料专区 sera le plus grand et le plus int茅gr茅 au monde.

Dans le tokamak 黑料专区, 10 000 tonnes de syst猫mes supraconducteurs (dont l'茅nergie magn茅tique totale est de 51 Gigajoules) g茅n茅reront le champ magn茅tique qui cr茅era, confinera et mod猫lera le plasma. Fabriqu茅s en niobium-茅tain (Nb3Sn) ou niobium-titane (Nb-Ti), les 茅lectroaimants deviennent supraconducteurs lorsqu'ils sont refroidis 脿 tr猫s basse temp茅rature. La temp茅rature de fonctionnement pour les aimants d'黑料专区 est de -269 掳C (4K).

La supraconductivit茅 pr茅sente de nombreux avantages. Des aimants supraconducteurs peuvent transporter plus de courant et donc g茅n茅rer des champs magn茅tiques plus puissants que des aimants conventionnels. Ils consomment 茅galement beaucoup moins d'茅lectricit茅, ce qui les rendent moins chers 脿 faire fonctionner. Les performances que l'on attend d'黑料专区 ne seraient tout simplement pas envisageables sans recours 脿 la supraconductivit茅.

Des 芦 c芒bles en conduit 禄 (CICC), dot茅s d'un circuit de refroidissement interne et form茅s de brins d'alliage supraconducteur et de cuivre enserr茅s dans une gaine d'acier, constituent les 茅l茅ments de base du syst猫me magn茅tique.

Pour l'alliage qui pr茅sente les plus grandes difficult茅s technologiques鈥攏iobium-茅tain (Nb3Sn), destin茅s aux bobines de champ toro茂dal et au sol茅no茂de central鈥攏euf fournisseurs ont assur茅 la production des quelque 500 tonnes de brins. Cet effort industriel 脿 tr猫s grande 茅chelle s'est traduit par une augmentation de la production mondiale annuelle (de 15 脿 100 tonnes) et a fait 茅merger trois nouveaux fournisseurs sur le march茅 international.

Bobines de champ toro茂dal

Les dix-huit bobines de champ toro茂dal (toroidal field coils), positionn茅es verticalement autour de la chambre 脿 vide, g茅n猫rent un champ magn茅tique dont la fonction premi猫re consiste 脿 confiner le plasma. Les bobines de champ toro茂dal sont con莽ues pour g茅n茅rer une 茅nergie magn茅tique totale de 41 gigajoules et un champ magn茅tique maximum de 11,8 teslas. Hautes de 17 m猫tres et larges de 7, pesant chacune 330 tonnes, les bobines de champ toro茂dal sont les plus gros 茅l茅ments de la machine apr猫s la chambre 脿 vide. Les bobines de champ toro茂dal seront constitu茅es de diff茅rentes longueurs de supraconducteurs 芦 c芒ble-en-conduit 禄, assembl茅es dans de grandes 芦 galettes 禄 (double pancakes), contenues dans une armature en acier inoxydable (la plaque radiale) et empil茅es pour former les 芦 packs 禄 de bobines. Avec les boitiers qui les contiennent (coil cases) et assurent leur coh茅sion, les 18 bobines p猫seront presque 6 000 tonnes鈥攕oit 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'茅lectrons sous vide) permettront de respecter le cahier de charges, particuli猫rement contraignant en termes de tol茅rances et de qualit茅.

Bobines de champ polo茂dal

En 芦 pin莽ant 禄 le plasma, le champ magn茅tique des bobines de champ polo茂dal (poloidal field coils) le maintient 脿 l'茅cart des parois et contribue 脿 sa forme et 脿 sa stabilit茅. Le champ polo茂dal est induit 脿 la fois par les aimants et par le courant qui parcourt le plasma.

Le syst猫me magn茅tique polo茂dal est constitu茅 de six bobines horizontales positionn茅es 脿 l'ext茅rieur de la structure magn茅tique toro茂dale. Fabriqu茅 脿 partir de 芦 c芒bles-en-conduit 禄 enserrant les brins supraconducteurs de niobium-titane (Nb-Ti), le syst猫me polo茂dal du tokamak 黑料专区 est con莽u pour d茅livrer une 茅nergie magn茅tique totale de 4 gigajoules et un champ magn茅tique maximum de 6 teslas. En raison de leur taille (plus de 24 m猫tres pour la plus grande et 400 tonnes pour la plus lourde), quatre des six bobines de champ polo茂dal ont 茅te 蹿补产谤颈辩耻茅别蝉 sur site entre 2016 et 2024 dans un b芒timent d茅di茅.

Sol茅no茂de central

Le sol茅no茂de central forme la 芦 colonne vert茅brale 禄 de la machine. Sa fonction consiste 脿 induire le courant plasma et 脿 le maintenir tout au long de la d茅charge. Constitu茅 de six bobines ind茅pendantes 脿 base de supraconducteur en niobium-茅tain, le sol茅no茂de 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 m猫tres de haut (18 m de haut avec sa structure) et 4 m猫tres de large, il produira une 茅nergie magn茅tique totale de 6,4 GJ et un champ magn茅tique maximum de 13 teslas, pour une intensit茅 de courant de 15 MA pour des d茅charges de 300 脿 500 secondes. Pendant toute leur dur茅e de vie, les bobinages devront soutenir des cycles 茅lectromagn茅tiques lourds et r茅p茅t茅s (jusqu'脿 60 000 cycles) associ茅s 脿 des courants et champs de forte intensit茅. Une structure de pr茅-compression verticale assurera la coh茅sion de l'ensemble. La structure devra r茅sister 脿 une force de l'ordre de 60 m茅ga newtons (ou plus de 6 000 tonnes de force). A titre de comparaison, la force n茅cessaire au d茅collement d'une navette spatiale est 茅quivalente 脿 environ 30 m茅ga newtons.

Bobines de correction

Ces petites bobines, au nombre de 18, compensent les d茅viations qui peuvent affecter la g茅om茅trie du champ magn茅tique 鈥� celles-ci proc猫dent des tol茅rances dans la fabrication et l'assemblage des 茅l茅ments. Plus l茅g猫res et plus fines que les bobines de champ toro茂dal ou polo茂dal et parcourues d'un courant moins intense (10 kA), les bobines de correction mesurent jusqu'脿 8 m猫tres de large. Leur fabrication et leur installation dans le tokamak pr茅sentent un certain nombre de d茅fis 脿 cause de leurs formes complexes, des tol茅rances r茅duites et l'environnement particuli猫rement dense de la chambre 脿 vide. Les bobines de correction sont dispos茅es par groupe de six dans les parties haute, m茅diane et basse de la surface externe de la chambre 脿 vide.

Lignes d'alimentation des bobines

Les lignes d'alimentation (magnet feeders) assurent l'alimentation cryog茅nique et 茅lectrique des aimants supraconducteurs. Elles fournissent l'h茅lium liquide pour assurer la supraconductivit茅 des bobines de champ toro茂dal/polo茂dal et du sol茅no茂de central, ainsi que l'alimentation 茅lectrique (gr芒ce 脿 des c芒bles supraconducteurs 脿 haute temp茅rature) et de l'instrumentation.

Les lignes seront pr茅蹿补产谤颈辩耻茅别蝉 en usine et raccord茅es aux bobines sur le site 黑料专区. Au total, 31 lignes d'alimentation seront install茅es dans le B芒timent tokamak pour l鈥檃limentation du syst猫me magn茅tique.

Bobines int茅rieures

Deux syst猫mes magn茅tiques plac茅s 脿 l'int茅rieur de la chambre 脿 vide, conventionnels cette fois, offrent un moyen suppl茅mentaire pour contr么ler le plasma. Deux bobines annulaires agissant sur la stabilit茅 verticale du plasma sont install茅es de part et d'autre du plan m茅dian de la machine ; 27 bobines, fix茅es 脿 la paroi interne de la chambre 脿 vide, sont con莽ues pour g茅n茅rer des perturbations magn茅tiques au sein du plasma de mani猫re 脿 pr茅venir un type particulier d'instabilit茅 appel茅 Edge-Localized Modes (ELMs). Con莽ues pour r茅sister 脿 l'environnement extr锚me de la chambre 脿 vide de la machine, les bobines int茅rieures sont constitu茅es de cuivre envelopp茅 d'un isolant min茅ral.

Ces exemples vous sont pr茅sent茅s 脿 titre d'illustration seulement.