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24 septembre 2014
Des diagnostics de rayonnement pourraient s'éloigner du plasma grâce à des lentilles polycapillaires

Des premières mesures de transmissions du rayonnement par des lentilles polycapillaires ont été effectuées en collaboration avec le CELIA, université mixte CEA-CNRS, de Bordeaux. Ces premiers résultats démontrent le potentiel de ces lentilles pour conduire le rayonnement sur des distances métriques. Cela permettra d’éloigner du plasma certains détecteurs dans les tokamaks et les protéger ainsi des particules rapides.

 

Les plasmas qui sont produits dans les machines à fusion rayonnent dans un domaine étendu : du visible aux « X-Durs », en passant par les « X-Mous » (rayons X de basse énergie entre 2 et 15 keV). La mesure de cette émission peut permettre d’accéder à de très nombreuses informations sur la physique du plasma. Les diagnostics utilisés pour la mesure X-Mou sont en général employés pour la tomographie. On utilise le plus souvent des détecteurs (diodes semi conductrices, détecteurs à gaz) pour obtenir des informations sur l’émissivité du plasma. Malheureusement les contraintes extrêmes imposées par les conditions opérationnelles dans les tokamaks (fort flux de neutrons et de chaleur par exemple) imposent de placer ces détecteurs à des distances respectables du plasma. Le développement de systèmes optiques pour conduire le rayonnement vers les détecteurs est donc indispensable. Les lentilles polycapillaires sont potentiellement d’excellents candidats pour remplir ce rôle.

 

Zoom d’une lentille polycapillaire

La possibilité de transporter l’information X-Mou à quelques mètres du plasma en utilisant des lentilles polycapillaires (fig.1) a été investiguée. L’idée est d’éloigner les détecteurs X-Mous du plasma afin de les protéger par des blindages adaptés. Différentes lentilles polycapillaires ont été testées en collaboration avec le CELIA de Bordeaux, impliqué dans le développement des diagnostics du Laser MégaJoule et potentiellement intéressé par ces techniques. Des mesures sous vide à l’aide d’une caméra CCD du spectre émis par une cible en cuivre exposé à la radiation intense d’un laser femtoseconde avec et sans la présence de lentille ont été réalisées. L’objectif était de déterminer précisément l’efficacité de transmission obtenue à un mètre de la source. L’émission du plasma ainsi produit se situait dans la gamme des X-Mous et une transmission de l’ordre de 35% a été observé pour la partie basse énergie (<3keV) alors que 25% était observé pour la partie complémentaire (3-10keV). Ces chiffres sont très satisfaisants en regard du fort rayonnement émis par le plasma : ils permettront de récupérer un signal exploitable par le système de détection.

 

Transmission d’une lentille polycapillaire en fonction de l’énergie du photon incident.

En parallèle une modélisation inédite de transmission des polycapillaires a été développée et confrontée aux résultats expérimentaux. Les résultats sont visibles fig.2, confirmant le grand potentiel des lentilles polycapillaires pour la transmission du rayonnement X-Mou des plasmas de tokamaks.

Ce modèle numérique permettra de réaliser de nouvelles simulations, en particulier pour ITER et DEMO.

 

Maj : 24/09/2014 (421)

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