QST achève le premier test de sortie micro-ondes à 170 GHz du gyrotron sur le site d'ITER

L'Institut national japonais des sciences et technologies quantiques et radiologiques (QST) a annoncé le 31 juillet avoir achevé, sur le site du Réacteur thermonucléaire expérimental international (ITER) dans le sud de la France, l'intégration et le test de fonctionnement du premier système de gyrotron, avec une sortie micro-ondes réussie à 170 GHz. Ce système est utilisé pour la génération et le chauffage du plasma d'ITER et constitue l'un des équipements clés du programme d'ITER visant un démarrage en 2034.

L'équipement central de ce test est le gyrotron, une source micro-ondes à haute puissance. Son fonctionnement nécessite la coordination d'équipements périphériques tels que l'alimentation électrique, les bobines supraconductrices et le système de refroidissement. Le QST avait auparavant achevé les tests de performance de huit systèmes de gyrotrons d'ITER dans ses installations d'essai de gyrotrons à l'Institut de recherche sur la science et la technologie de la fusion de Naka, au Japon, et avait expédié les composants — gyrotrons, bobines supraconductrices, unités d'adaptation quasi-optiques, etc. — sur le site d'ITER. Au cours des trois dernières années, le QST a fait progresser l'installation, la mise en service et les préparatifs de fonctionnement des systèmes sur site.

Lors du test sur site du gyrotron n° 1, les techniciens ont dû aligner avec précision la bobine supraconductrice — pesant environ 1 tonne, haute de 1,1 mètre et d'un diamètre de 1,4 mètre — avec le gyrotron, en maintenant l'écart entre l'axe central du champ magnétique de la bobine et l'axe central du gyrotron à moins de 1 millimètre. Ensuite, l'équipe a procédé au réglage précis de l'alimentation principale fournie par la partie européenne ainsi que des alimentations d'électrodes — alimentation d'anode, alimentation de corps, etc. — fournies par le QST, afin de garantir le fonctionnement stable de plusieurs systèmes d'alimentation capables de délivrer des tensions de plusieurs dizaines de kilovolts.

Lors du fonctionnement du gyrotron, les électrons émis par le canon à électrons sont accélérés le long des lignes de champ magnétique sous une tension d'environ 75 kV et excitent un champ électrique rotatif dans la cavité résonante, produisant ainsi des micro-ondes à 170 GHz. Étant donné que l'équipement était resté stocké pendant un certain temps après son arrivée sur le site d'ITER, des gaz pouvaient être adsorbés sur les parois internes du gyrotron. Le personnel du QST sur site a donc d'abord supervisé le traitement de vieillissement du chauffage afin de libérer les gaz adsorbés, avant de procéder au test d'extraction du faisceau à haute tension.

Au début du test, l'équipe a observé la distribution thermique après irradiation micro-ondes d'un papier quadrillé à l'aide d'une caméra thermique infrarouge et a constaté une scission du diagramme de faisceau, indiquant qu'un mode concurrent autre que 170 GHz avait pu être excité dans la cavité résonante. Les techniciens ont ensuite réévalué la position de la bobine supraconductrice à l'aide d'un télémètre laser et, sous la direction du QST, ont effectué un micro-ajustement d'environ 1 millimètre dans la direction horizontale, obtenant finalement un diagramme de faisceau en mode normal. Les mesures de fréquence ont révélé un signal fort à 170,135 GHz, confirmant que le gyrotron oscillait normalement à la fréquence de conception.

Pour améliorer encore les performances, le QST a porté la précision d'alignement entre le gyrotron et l'axe central de la bobine supraconductrice à 0,1 millimètre près, concluant ainsi ce cycle de tests. À l'étape suivante, le QST prévoit d'établir un système de transmission allant de la sortie du gyrotron jusqu'à la « charge fictive », un dispositif d'absorption des micro-ondes, et de mener des tests de réception sur site, avec pour objectif une sortie micro-ondes continue de plusieurs centaines de secondes à la puissance nominale de 1 million de watts. Les sept autres systèmes de gyrotrons seront également testés progressivement sous la direction du QST, conformément au plan, afin de soutenir l'obtention du premier plasma d'ITER et son entrée en phase de fonctionnement de recherche.