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| Mesures de réflexions aux miroirs métalliques du réacteur à fusion Tokamak JET | |
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M. de Temmerman de l’université Basel et ses collègues ont analysés la réflectivité des miroirs métalliques qui ont été gainés dans le réacteur à fusion Tokamak JET. Deux spectromètres (getSpec-2048 et getSpec-NIR-1.7), une source lumineuse halogène tungstène (getLight-Hal-S) ainsi qu’une sphère intégratrice (getSphere-50) ont été utilisés pour les mesurages.
Motivation :
La fusion nucléaire est l’une des idées la plus intéressante relative aux énergies de base à l’avenir. Jusqu’à maintenant un taux suffisant pour la production énergétique ne peut pas être obtenu par des machines expérimentales déjà existantes. Nouvellement, la décision concernant l’édification du Réacteur Thermonucléaire Expérimental International (ITER) en France a été pris. L’objectif principal de l’ITER est la démonstration de la faisabilité scientifique et technique d’une production énergétique par des réactions de fusion nucléaire.
ITER est un énorme système expérimental avec env. 40 systèmes individuels de mesurage et de diagnostic qui sont utilisés pour la bonne compréhension du comportement plasma et des processus physiques fondamentaux. Le haut niveau du rayonnement prévu dans l’ITER apporte une absorption renforcée dans les composants réfracteurs, comme p.ex. des fenêtres optiques. C’est pourquoi on projettera l’utilisation des miroirs métalliques comme composants pour l’observation plasma dans tous les systèmes optiques du diagnostic plasma. Les faisceaux plasma sont transmis de l’enceinte à vide vers les détecteurs arrière la protection biologique. Néanmoins, les miroirs doivent conserver leur réflectivité initiale malgré les circonstances dures en surface (haut niveau du rayonnement, bombardement à neutrons et par des particules avec une haute énergie). Des expériences dans les Tokamak sont nécessaires afin de sélectionner le matériau le plus approprié pour la fabrication des miroirs dans l’ITER. Le Tokamak JET (Joint European Tours) en Angleterre est le plus grand Tokamak au monde, dans lequel un « essai initial de miroir» a été effectué afin de solutionner le problème concernant le matériau. Comme quelques composants qui se trouvent dans le plasma consistent en carbone gainé par béryllium, on a besoin d’un dispositif de mesure spécifique. Celui-ci doit être compatible pour le traitement des matériaux contaminés par béryllium ou tritium (niveau bas).
Vue à l’intérieur de l’enceinte à vide JET dans laquelle les échantillons ont été positionnés aux différents endroits
Configuration expérimentale :
Le système de mesurage a été développé et soit y satisfaire les exigences suivantes :
- l’utilisation d‘une sphère intégratrice afin de mesurer la réflexion diffuse et totale ;
- un domaine des longueurs d’onde de 350 à 1700nm pour la couverture du domaine spectral visible et infrarouge proche ;
- la séparation physique entre la sphère intégratrice et le spectromètre afin de diminuer la taille d’une boîte à gants qui doit être conçu pour la délimitation des miroirs contaminés.
Représentation schématique du système de mesurage
Afin d’obtenir un mieux compromis entre la sécurité, l’efficacité des coûts et les exigences au mesurage (domaine des longueurs d’onde et précision de mesure), les dispositifs suivants ont été sélectionnés :
- spectromètre getSpec-2048 équipé par un détecteur CCD (élément semi-conducteur à couplage de charge) à 2048 pixels et une fente
d’entrée de 200 µm (350-1100 nm) ;
- spectromètre getSpec NIR-1.7 256 PC équipé par un détecteur InGaAs diode array à 256 éléments refroidi Peltier (900-1700 nm) ;
- sphère intégratrice gainée par PTFE (PolyTetra-Fluor Ethylène, c.à.d. Teflon®) et un diamètre de 50 mm. Pour la délimitation de la
réflexion spéculaire on a utilisé un piège brillant gainé par un matériau absorbant. On y a seulement mesuré la réflexion diffuse
- des fibres optiques avec un diamètre de noyau de 400 µm.
Le système de mesure a été calibré par des échantillons prédéfinis. Leurs réflexions ont été mesurés par le spectrophotomètre UV/VIS/PIR et l’ellipsomètre spectrale. Les résultats de mesure reçus harmonisent dans tout le domaine des longueurs d’onde (voir aussi figure 3).
Comparaison entre mesures totales de réflexions d’un échantillon gainé par molybdène, a) mesure avec le dispositif de mesure de JET et b) mesurage avec le spectrophotomètre à Basel (Varian Cary 5)
Le dispositif de mesure final en laboratoire est affiché dans la figure 4. Les échantillons très sensibles ont été analysés dans une boîte à gants. C’est pour ça que seulement l’optique d’entrée du dispositif de mesure (sphère intégratrice et sonde de transmission) a été installée dans la boîte. Le spectromètre, l’ordinateur ainsi que la source lumineuse se sont retrouvés en dehors de la boîte. La connexion du spectromètre à l’optique d’entrée s’a effectué via des fibres optiques.
Configuration finale d’équipement de mesurage au sein d’un laboratoire,
intégration de la sphère intégratrice et des sondes de transmission dans une boîte à gants
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Dernier changement 08/15/2007 01:42 PM
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