D- Gestion des flux particulaires énergétiques

1/ Injection d’énergie

Cf le paragraphe sur le chauffage

2/ Injection de matière

Le plasma d’un Tokamak contient typiquement 5.10²⁰ particules.m^-3

Avant de présenter les trois solutions technologiques il est nécessaire de définir l’efficacité du remplissage (η) qui représente le nombre de particules pénétrant dans le plasma divisé par le nombre de particules injectées dans la chambre à vide.

-Injection de gaz classique

Le η est faible. La technologie est une vanne piézo

-Injection de gaz à haute vitesse et haute densité

Le η est moyen. La technologie est une valve rapide

-Injection de glaçons

Le η y est élevé. La technologie est un canon à glaçons (cf chauffage par injection de neutre)

Au vu des caractéristiques des trois types d’injections, il est évident qu’à chaque phase d’une décharge, l’un ou l’autre est préféré : on remplit la chambre à vide avec l’injection classique (pas en envoyant un glaçon à plusieurs mètres par seconde) puis lorsque le plasma monte en température on utilise l’injection de gaz à haute vitesse. Enfin, lorsque le plasma est à haute température on utilise aussi l’injection de glaçons.

3/ Extraction de la matière et de l’énergie

a) Raisons et présentation

Les turbulences acheminent vers les bords des particules chargées. Ces dernières et surtout leur énergie (~1 eV). Ce qui correspond environ à l’énergie de liaison entre deux tomes).

On estime à 1500 MW l’énergie qui sera produite au cœur du plasma d’ITER. Cette puissance se répartie en trois sources :

-1200 MW généré par les neutrons produits lors de la réaction D+T
-300 MW générés par les particules alpha (He²⁺) produites par la réaction D+T
-quelque MW générés sous forme d’onde électromagnétiques

b) Le divertor

Il est impossible de retirer du plasma uniquement les He2+ et les impuretés. Donc les D+ et T+ pompés doivent être réinjectés après avoir été séparés des autres particules.

Mais le fait de pomper indifféremment tout type de particules n’est pas un inconvénient : le pompage des D+ et T+ permet de mieux contrôler leur concentration au sein du plasma.

Il existe différents types de divertor. Nous en présenteront deux ici.

- Axisymétrique

Le divertor axisymétrique est basé sur la propriété physique d’un tore à section en forme de D : il existe un point X magnétique où le champ poloïdal est nul.

Entre la paroi et la surface magnétique qui se coupe au point X on a un écoulement 

c) La paroi

La puissance générée par les He2+ est, du fait des turbulences, acheminée vers les bords. Quant aux 1200 MW, portés par les neutrons (non soumis au champ B_), sont absorbés par la paroi.

La première paroi

-Évacue la puissance due aux neutrons grâce à un système de fluide caloporteur.