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Fait marquant | Cryogénie

Le froid d'ITER exprimé sous forme d'équations


L'objectif principal du processus de fusion ITER est de générer 500 MW d'énergie thermique pendant plusieurs minutes à partir d'une source d'alimentation de 50 MW. La condition indispensable : un refroidissement "correct" de plusieurs dizaines de kilomètres d'enroulements supraconducteurs confinant le plasma. En collaboration avec l'équipe ITER et l'institut Efremov de Saint-Pétersbourg, les conditions thermohydrauliques qui garantiront cette opération ont été simulées numériquement.

Publié le 6 juin 2009
Un système magnétique limite et contrôle la position du plasma. Les aimants de ce système sont constitués de bobines supraconductrices qui garantissent le fonctionnement d'un cycle à plasma. La géométrie des bobines, qui assure un refroidissement correct et une bonne stabilité vis-à-vis des perturbations thermiques, consiste en un canal annulaire dans lequel sont logés les enroulements supraconducteurs autour d'un canal central vide (voir figure). L'ensemble du système est refroidi par le flux forcé d'hélium supercritique (4,3 K, 3,3 bars) passant entre les enroulements et dans le canal central.

Sur la base de conditions de flux instables non linéaires, un modèle thermohydraulique quasi 3D résout les équations décrivant le comportement thermique et électrique du conducteur, le flux compressible d'hélium ainsi que la diffusion de chaleur sur les parties solides. L'un des principaux défis consiste à évacuer les charges thermiques induites par le cycle du plasma, qui ont une distribution non uniforme dans l'espace et dans le temps.

L'étude numérique fournit des détails sur la distribution de la température le long du conducteur ainsi que sur les conditions optimales de pression, de température et de débit de l'hélium afin d'établir le scénario cryogénique de référence qui devra être géré par l'installation cryogénique. Cet outil prédictif, actuellement à maturité, fournit des informations précieuses pour la conception dimensionnelle du système cryogénique.

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