Principal composant face au plasma du tokamak WEST, le divertor tungstène (W) activement refroidi, basé sur une technologie analogue à celle du divertor d’ITER, vient d’être installé dans l’enceinte à vide de la machine. Ce jalon très important, atteint grâce à un effort à la fois collectif et collaboratif, ouvre ainsi la voie à une exploitation de WEST sur des temps longs (jusqu’à 1000s) avec des niveaux de flux de chaleur importants (> 10 MW/m2) pour notamment, le test de ces composants face au plasma de type ITER en environnement tokamak.
Figure 1. Vue de l’intérieur de la chambre à vide du tokamak WEST avec ses différents composants face au plasma
La machine WEST vient de se doter pour sa prochaine campagne expérimentale d’un divertor tungstène (W) activement refroidi (Figure 1). La fourniture (fabrication et tests de contrôles associés) de ce composant complexe (multi-matériaux), présente une grande similarité avec le divertor d’ITER. Il repose notamment sur le concept monobloc avec des techniques d’assemblages spécifiques ayant fait l’objet d’un développement sur plusieurs années en Europe. Il utilise ainsi le W comme matériau face au plasma et un alliage de cuivre renforcé (CuCrZr) comme matériau de structure refroidi. L’assemblage nécessite un matériau inter-couche (cuivre doux) permettant d’accommoder les dilatations différentielles (Figure 2). Le divertor W complet de WEST, dit « ITER-like divertor » est composé de 456 composants activement refroidis (appelés : Plasma Facing Units – PFU), équipés chacun de 35 monoblocs de tungstène qui sont assemblés sur des secteurs de 30° (38 PFU par secteur – Figure 3a et 3b).
Figure 2. Composant face au plasma activement refroidi de type monobloc
La majeure partie de cette production industrielle (à savoir 456 PFU, soit près de 16 000 blocs de tungstène au total), a été réalisée par la compagnie AT&M (Chine), avec l’appui du laboratoire chinois ASIPP dans le cadre de la collaboration commune CEA-Chine (SIFFER, SIno French Fusion Energy centeR). Quelques composants, fournis par l’agence domestique européenne Fusion for Energy (F4E), ont aussi été mis à disposition par ITER Organisation, dans le cadre de l’accord de collaboration entre l’organisation internationale et le CEA. Cette production d’envergure, en amont de celle d’ITER, a d’ores et déjà permis d’apporter de nombreuses informations pertinentes sur la fabrication en série d’un tel composant (optimisation, standardisation, tolérances, statistiques, etc.…) qui constituent autant d’éléments clés pour optimiser la fabrication du divertor d’ITER tout en minimisant les risques inhérents et à l’opération d’ITER équipé d’un divertor « full tungsten » * refroidi.
Figure 3a. Plasma Facing Units (PFU) assemblés sur un secteur 30°
Ainsi, le tokamak WEST, doté à présent d’un divertor tungstène activement refroidi de type ITER largement instrumenté : sondes de Langmuir, mesures de température par fibres optiques à réseaux de Bragg (Fiber Bragg Grating – FBG) et thermocouples, pourra dorénavant fonctionner avec des décharges plasma longues durées (jusqu’à 1000s) dans des conditions de charges thermiques proches de celles d’ITER, et ainsi permettre d’en apprendre beaucoup sur l’intégration de ce type de composant dans un tokamak, la résistance aux flux de chaleur intenses (10-20 MW/m2) stationnaires combinés à des flux transitoires, la compatibilité entre le tungstène et les performances plasma, ainsi que les effets de synergie des diverses sollicitations représentatives d’un environnement tokamak.
Figure 3b : Le secteur une fois installé dans WEST
*On notera que, le divertor complet d’ITER sera composé de plus de 2000 composants activement refroidis soit près de 300 000 blocs de tungstène assemblés sur des tubes en CuCrZr. Le passage à la production industrielle du divertor d’ITER est ainsi un défi en soi au regard des exigences demandées (performances, tolérances, etc…).
Maj : 02/09/2021 (834)
