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27 novembre 2014
Un algorithme génétique optimise le design du futur réacteur à fusion DEMO avec le code SYCOMORE

Le couplage du code-système SYCOMORE développé par l’IRFM à la plateforme URANIE de la DEN a permis de réaliser des optimisations de design du futur réacteur à fusion DEMO à l’aide d’un algorithme génétique. L’objectif était de rechercher les paramètres du réacteur pour qu’il soit le plus petit possible tout en ayant des temps de fonctionnement longs et produisant au moins 500MW d’électricité.

 

DEMO, qui succèdera à ITER, sera le premier réacteur produisant de l’électricité en exploitant les réactions de fusion. Ce réacteur de DEMOnstration devra répondre à des contraintes de fiabilité, de disponibilité et de coûts raisonnables. Le design de ce réacteur doit tenir compte des contraintes physiques (plasma) et technologiques (composants du réacteur) de façon intégrée et cohérente.

Afin de satisfaire ces exigences le CEA a développé le code système SYCOMORE pour étudier les différents concepts et paramètres du réacteur DEMO. Ce code produit des designs complets et cohérents de DEMO depuis le plasma jusqu’à la puissance électrique fournie par le réacteur. Chaque module de SYCOMORE modélise un sous-système du réacteur en utilisant une structure de données commune fournie par l’architecture européenne de modélisation intégrée ITM (Integrated Tokamak Modeling). Au-delà de son aspect modulaire, SYCOMORE permet d’étudier les deux principaux concepts de réacteurs, l’un ayant un temps de fonctionnement limité et l’autre fonctionnant en continu et dont les technologies sont considérées comme plus avancées.

 

Cartographie des populations de points en grand rayon (R), petit rayon (a) et puissance nette électrique (couleurs) au cours de l'optimisation.

SYCOMORE vient d’être couplé à un outil d’optimisation afin de rechercher les meilleurs designs de DEMO possibles. L’optimisation a été réalisée avec la plateforme URANIE de la DEN qui est l’outil idéal pour ce type d’étude de par la richesse et la diversité des fonctionnalités qu’elle fournit. Le couplage a été effectué à l’aide d’une bibliothèque d’échange de données entre SYCOMORE et URANIE développée par l’IRFM.

Pour la première fois dans ce domaine, un algorithme génétique a optimisé le design de DEMO. Les algorithmes génétiques imitent le principe de la sélection naturelle en partant d’une population de points répartis sur le domaine d’étude. Ils convergent ensuite vers une solution optimale en répétant un schéma de génération de population de points fondé sur la sélection des points les meilleurs et de leur recombinaison avec des processus aléatoires. L’avantage de ces algorithmes est qu’ils sont non seulement très robustes pour trouver un optimum global mais permettent de gérer également les cas de designs non valides, comme c’est le cas, par exemple, quand il n’y a pas assez d’espace à l’intérieur d’un réacteur pour y placer l’ensemble de ses sous-systèmes.

L’optimisation qui a été réalisée portait sur quatre variables et consistait à rechercher le design de réacteur le plus compact possible, afin de réduire les coûts de construction, tout en produisant au moins 500MW d’électricité en sortie.

 

Assemblage radial côté interne pour les designs DEMO1 (pulsé) et DEMO2 (continu)

Ainsi deux premiers designs de réacteur ont été réalisés : l'un pour un réacteur pulsé (DEMO1) et l'autre pour un réacteur opérant en continu (DEMO2).

L’optimisation des deux concepts de réacteurs a donné des designs en bon accord avec d’autres codes similaires. La prospection de nouveaux designs plus performants devient maintenant possible en réalisant d’autres optimisations avec d’autres variables ou grâce au développement de nouveaux modules. Il devient également possible de caractériser les domaines opérationnels de ces réacteurs.

 

Maj : 01/12/2014 (429)

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