Les injecteurs de glaçons cryogéniques sont un élément clef des tokamaks pour le contrôle du plasma lors des réactions de fusion thermonucléaire par confinement magnétique et pour la protection du réacteur lors des disruptions des plasmas de haute énergie. Pour cette dernière application, le plasma, à l’instar des éruptions solaires, peut être soumis à de très fortes instabilités, appelées disruptions, qu’il faut instantanément atténuer au risque d’endommager les premières parois de la chambre plasma et la structure mécanique du tokamak. Il est donc crucial de développer un système efficace d’atténuation des effets des disruptions des plasmas de haute énergie.

C’est l’objectif du projet DMS (Disruption Mitigation System) pour ITER qui propose l’injection massive de glaçons cryogéniques (Hydrogène, Deutérium, Néon) fragmentés en entrée de la chambre du plasma. Vingt-sept injecteurs de glaçons de taille centimétrique seront installés à cette fin sur ITER pour permettre une exploitation contrôlée des plasmas de haute énergie.
Un banc de test à l'échelle 1 (Photographie 1) a été entièrement conçu et réalisé à l’Irig par le Département des Systèmes Basses Températures dans le cadre du contrat « Technology Fundamental Studies » en réponse à un besoin exprimé par ITER. Baptisé TYFANIES, ce banc de test est désormais opérationnel. Pour son fonctionnement, des glaçons cryogéniques sont fabriqués dans une cellule de « condensation in situ » refroidie par de l'hélium liquide, une « innovation » technologique du DSBT adaptée à des glaçons cylindriques de plus grande taille, pour les besoins DMS (diamètres de 10 à 30 mm et longueurs de 20 à 60 mm).


Photographie 1 : Vue d’ensemble du banc d’injection de glaçons TYFANIES pour ITER-DMS. Credit CEA​

Ces glaçons sont ensuite accélérés jusqu'à 1 km/s à l'aide d'un lanceur à gaz simple étage. La caractérisation des phénomènes observés (dimensions, vitesse et trajectoire des glaçons) est réalisée dans une ligne de diagnostics optiques sous vide jusqu’à la chambre d'expérience, simulant l'enceinte du plasma d’ITER.
Avec l'accélération jusqu'à 1 km/s (Photographie 2) des premiers glaçons d'hydrogène centimétriques par le banc de test, une étape majeure du projet vient d'être franchie au premier trimestre 2022. Des campagnes expérimentales sont maintenant en cours pour étudier les conditions de fabrication et de propulsion des glaçons et maximiser leur reproductibilité, et donc à terme assurer la fiabilité du système de protection d’ITER. 

Photographie 2 : Glaçon d’hydrogène centimétrique mesuré à 920  m/s. Credit CEA​

Une fois ces paramètres de formation et d'accélération des glaçons maîtrisés, des études complémentaires seront menées sur le banc afin d'étudier la fragmentation des glaçons à l'entrée du plasma afin d'aller vers une efficacité maximale du système DMS. En parallèle, des développements technologiques (source d'extrusion, système de propulsion) sont également envisagés afin de répondre aux prochains appels d'offre dans le domaine des injecteurs de glaçons pour les réacteurs de fusion par confinement magnétique.