Chauffage par injection de neutres

4) - Chauffage et génération de courant (p 1 - 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 7 )

Comment chauffer un plasma ? Une solution est d'injecter dans la décharge un faisceau de particules très énergétiques qui cèdent leur énergie au plasma par collisions.

b) chauffage par injection de particules énergétiques

Pour obtenir des particules très énergétiques, la méthode est d'utiliser des champs électriques intenses pour accélérer un faisceau de particules chargées (des ions deutérium). Cependant, ces particules chargées ne pourraient pas rentrer telles quelles dans le tokamak, car si la configuration magnétique piège les particules à l'intérieur de la machine, elle empêche aussi les particules venant de l'extérieur d'y entrer. Il faut par conséquent neutraliser le faisceau avant de l'injecter dans la décharge, d'où le nom d'injecteur de neutres donné au système. Un injecteur de neutres est donc composé de trois parties principales :

une source d'ions
un accélérateur
un neutraliseur

Afin de pénétrer jusqu'au centre de la décharge pour y déposer leur énergie, les particules du faisceau doivent être portées à très haute énergie. On peut atteindre jusqu'à 100 keV avec des ions positifs de deutérium, mais au-delà de cette limite, l'étape de neutralisation devient très délicate, et il faut passer à des ions négatifs de deutérium, plus difficiles à créer au niveau de la source d'ions mais avec une bien meilleure efficacité de neutralisation, pour atteindre le MeV nécessaire à la machine de prochaine génération ITER.

Les injecteurs fonctionnant en ion positif sur les machines actuelles (JET par exemple) permettent de fournir des puissances importantes au plasma (de l'ordre de 20-30 MW), suffisantes pour passer le seuil permettant d'accéder à un mode de confinement amélioré (mode H). Le tokamak Tore Supra n'est pas équipé d'injection de neutres pour le chauffage du plasma, qui est assuré par d'autres systèmes à onde radio-fréquence. Par contre, un faisceau de neutres servant de diagnostic , utilisant le même principe de base mais moins puissant, est en cours de développement.

L'Association Euratom-CEA possède en outre plusieurs bancs d'essai dédiés au développement du système pour des applications sur les machines de prochaine génération, en particulier dans le domaine des ions négatifs.