En 2019, la SRC Bertin Technologies s’était vu confier par ITER Organization un contrat pour le design préliminaire du Density Interferometer Polarimeter – DIP, système optique complexe permettant de mesurer en temps réel la densité du plasma dans le Tokamak.
Mission accomplie : après avoir fourni le design préliminaire de DIP en 2020, nos équipes viennent d’en livrer le design final. Plus d’explications sur ce projet.
Le Density Interferometer Polarimeter est l’un des futurs instruments de diagnostic du réacteur d’ITER (nommé Tokamak), la plus grande installation de fusion expérimentale au monde conçue pour démontrer la faisabilité scientifique et technologique de l’énergie de fusion. Le rôle du DIP sera d’aider à contrôler le plasma, en mesurant la densité des électrons à l’intérieur du Tokamak pour en garantir la stabilité et obtenir un bon rendement énergétique. En effet, le plasma doit pouvoir être précisément contrôlé pour que la réaction de fusion puisse durer dans le temps et assurer ainsi un gain important de production d’énergie.
Pour ce faire, l’interféromètre à dispersion DIP repose sur le principe suivant : un laser continu de 40 Watt et à 10 µm de longueur d’onde traverse un cristal d’OpGaAs de 24 mm de long pour générer un second laser de 5 µm. Les deux lasers de longueur d’onde différentes vont ensuite parcourir 50 mètres ensemble avant d’entrer dans l’enceinte du Tokamak contenant le plasma. Une fois dans le Tokamak, les lasers vont traverser le plasma pour se réfléchir sur un réflecteur en maintenant une position à 0,5 mm puis revenir à leur source et traverser un second cristal d’OpGaAs. C’est en le traversant que le laser à 10 µm génère un second laser à 5µm qui va interférer avec le premier 5µm. En mesurant l’intensité de ces interférences, on calcule le très léger déphasage entre les deux lasers qui est proportionnel à la densité du plasma. Pour garantir l’alignement, il est par ailleurs nécessaire d’avoir un système d’asservissement actif capable de fonctionner dans un environnement radioactif.
L’atout majeur de DIP consiste à utiliser un cristal d’OPGaAs qui permet de dédoubler un puissant faisceau laser de quelques millimètres de diamètre, et ce sans le fendre. Bertin a réussi, dans le cadre de la qualification du design final de DIP, à générer un laser à 5µm en injectant un laser de 40 Watt à 10µm : c’est une performance rare car très peu de laboratoires ont déjà réalisé ce type de test auparavant. Un tel diagnostic plasma pourra donc intéresser tous les exploitants de Tokamak.
Pour mener à bien ce projet, une équipe de 8 personnes a travaillé plus d’un an et demi sur le design préliminaire de DIP, à partir d’un design conceptuel préalablement fourni par ITER Organization – l’objectif étant d’étudier le concept, soulever des problématiques et y apporter des solutions. Puis, dans un second temps, les experts de Bertin ont affiné les plans du design, pour une livraison du design final à l’automne 2022. La prochaine étape consistera à monter un banc de test pour valider les performances de l’interféromètre de DIP dans les locaux d’Aix-en-Provence.
Par sa complexité, DIP démontre pleinement l’expertise de Bertin dans le domaine des diagnostics plasma ainsi que l’excellence de son savoir-faire optique, adapté aux projets de grande envergure. L’optique, technologie au cœur de DIP, est en effet l’un des secteurs d’excellence de Bertin Technologies, leader français de l’innovation industrielle en la matière. Fort d’une expérience acquise avec le programme Laser Mégajoule, Bertin s’est positionné depuis 2009 sur le marché de l’instrumentation de pointe destinée à l’analyse du plasma de fusion. De ce fait, Bertin contribue à la conduite et la sécurité des expériences d’ITER, mais aussi à l’acquisition de paramètres qui seront exploités par les physiciens du monde entier. Dans les années à venir, Bertin Technologies ambitionne donc de prendre en charge d’autres sujets de diagnostics complets d’ITER, du design à l’installation sur site.
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