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Photodétachement « presque total » de H- : SiPhoRE tient sa promesse !

par com.lac - publié le , mis à jour le

Photodétachement « presque total » de H- : SiPhoRE tient sa promesse !

Le chauffage des plasmas de fusion, en particulier dans ITER, fait appel à l’injection d’atomes neutres rapides (deutérium D- ) obtenus par neutralisation d’anions D- préalablement accélérés. Cependant le rendement de production de ces neutres rapides, par la voie collisionnelle développée aujourd’hui, plafonne à 25% sous les effets cumulés de la décroissance de l’efficacité de neutralisation collisionnelle à énergie cinétique croissante et des pertes amont et aval induites par l’injection du gaz-cible D2 , nécessaire aux collisions.


Utiliser le photodétachement pour neutraliser les D- accélérés aurait, en comparaison, des avantages multiples, offrant en principe la possibilité d’approcher infiniment près d’un rendement idéal de 100%. La difficulté qui a empêché jusqu’à présent la mise en œuvre de cette idée est la nécessité de disposer de flux lumineux suffisants, de l’ordre de 6 MW pour obtenir un photodétachement efficace sur un faisceau d’ions de largeur 1cm.


Le projet SiPhoRE (pour « injecteur Simple étage à Photoneutralisation et Récupération d’Énergie »), soutenu par l’ANR, visait à mettre en évidence que les progrès récents des lasers continus, à la fois en puissance et en finesse spectrale, permettent déjà à échelle réduite d’obtenir en continu un photodétachement efficace d’un faisceau de H- ou de D- (la démonstration, les deux isotopes ayant à très peu près la même section efficace, peut être effectuée indifféremment sur l’un ou l’autre).



L’utilisation d’une cavité suspendue de finesse environ 3600 a permis d’atteindre cet objectif, avec un taux de photodétachement supérieur à 50% sur des ions H- d’énergie cinétique 1,2 keV. Certes cette énergie cinétique est notablement inférieure à celle que donnent les injecteurs de neutres d’ITER (ce qui améliore ici le temps d’interaction ion-laser) et le diamètre des faisceaux est plus faible. Mais la finesse et l’amplification lumineuse sont déjà de l’ordre de grandeur qui devra être atteint sur un montage en vraie grandeur. Le photodétachement efficace, en cavité optique, doit donc désormais être considéré comme une voie réaliste pour la conception de futurs injecteurs de neutres, pour ITER (dans une deuxième phase) ou pour son successeur DEMO.


Figure : Dispositif expérimental construit au LAC pour démontrer la possibilité de photodétacher presque complètement un faisceau accéléré de H- ou de D-. Le cœur de l’appareil est une cavité optique triangulaire suspendue, de longueur totale 1m et de finesse supérieure à 3000, qui multiplie par un facteur 900 la puissance lumineuse injectée, de façon à soumettre le faisceau d’ions à un éclairement suffisant pour atteindre la saturation.


En savoir plus : Saturation of the photoneutralization of a H- beam in continuous operation, D. Bresteau, C. Blondel, C. Drag., Rev. Sci. Instrum. (2017).


Contact : C. Blondel, C. Drag (Equipe [Ions Négatifs->http://www.lac.u-psud.fr/spip.php?r...])