En collaboration avec ITER Organization (IO), l’IRFM ajoute une nouvelle corde à son arc en se dotant d’une station d’essais cryo-magnétique : SELFIE : pour SELf FIEld joint test facility. Capable de générer jusqu’à 70 kA dans un câble supraconducteur, SELFIE permettra de tester et qualifier les jonctions supraconductrices du solénoïde central d’ITER (CS) et des « Main Busbars » (MB), principales amenées de courant, pendant toute la phase d’assemblage des aimants qui s’étalera sur plusieurs années.
La réalisation des jonctions supraconductrices est une opération critique et délicate de par la complexité des procédures de mise en œuvre et les contraintes liées à l’environnement (positionnement vertical, espace disponible très contraint). Même une fois les jonctions réalisées, un problème de taille subsiste : comment s’assurer de la conformité d’un joint supraconducteur sachant qu’il est impossible de le tester avant l’installation complète de la bobine sur la machine où elle pourra être mise en froid ?
C’est pour faire face à ce type de problématique qu’IO lance en 2018 un programme de réduction des risques liés à l’assemblage du solénoïde central avec l’aide du CEA. Parmi les thématiques de ce programme figure la réalisation des jonctions supraconductrices. L’objectif est d’une part d’entrainer le personnel en charge de l’assemblage de ces joints sur une maquette représentative de l’environnement de la machine (la maquette CJEM pour « Coaxial Joint Environnement Mock-up », également installée dans les locaux de l’IRFM), et d’autre part de tester les joints prototypes produits dans une nouvelle installation, SELFIE, avant d’effectuer l’opération « in-situ » sur la machine.
La mesure de résistance en condition cryogénique reste en effet le seul moyen de vérifier la conformité d’une jonction supraconductrice. Les joints supraconducteurs réalisés « à blanc » sur la maquette CJEM seront donc testés dans la station d’essais SELFIE en bain d’hélium liquide à 4.2K et au courant nominal de 70 kA avec un critère d’acceptation de seulement de 4nW.
Réaliser une station d’essais cryogénique capable de générer plusieurs dizaines de kA à coût raisonnable reste un vrai défi. Une seule technologie permet d’envisager un tel projet : l’utilisation d’un transformateur supraconducteur. Relativement compact, le transformateur supraconducteur de SELFIE est installé dans le même cryostat que l’échantillon à tester. Il est capable de générer jusqu’à 70 kA au secondaire pendant 10 minutes pour une alimentation au primaire de seulement +/-240 A. Il est constitué d’environ 3000 tours de brins supraconducteurs Niobium-Titane (NbTi) au primaire et 2 x 5 tours de conducteur NbTi au secondaire. Peu d’équipements similaires ont été développés à travers le monde et rares sont les institutions capables de mener à bien un tel projet. Le CEA a confié le développement et la fabrication du transformateur supraconducteur de SELFIE à la société SuperAct en collaboration avec l’université de TWENTE (Pays Bas) spécialisée dans ce domaine.
Pour des raisons de standardisation, les joints supraconducteurs à tester sont intégrés au sein d’un échantillon compatible avec la station d’essais SULTAN* : deux longueurs de Conducteur Câble-En-Conduit (CICC) type ITER connectés à une extrémité (3.6m / ⁓200Kg).
① Echantillon.
② Transformateur supraconducteur.
③ Système de supportage et d’écran thermique.
④ Assemblage de mousse pour optimisation du volume d’Hélium liquide par minimisation des volumes morts.
⑤ Enveloppe cryostat Hélium liquide.
⑥ Ecran thermique 80K activement refroidi à l’Azote liquide
⑦ Garde d’Azote liquide de 200l.
⑧ Echangeur immergé Hélium gaz/Azote liquide pour mise en froid et réchauffage.
⑨ Enceinte à vide du cryostat.
La station d’essais SELFIE a été mise en service et réceptionnée en janvier 2022. Après une semaine dédiée à la mise au point des séquences automatiques de mise en froid, suivie d’une phase de débogage et de réglage de l’ensemble des paramètres de contrôle du transformateur supraconducteur, ce dernier a pu générer ses premiers Ampères par pas de 10 kA jusqu’au premier cycle nominal à 70 kA réalisé le 28 janvier 2022.
La station d’essais SELFIE est parmi les rares équipements expérimentaux capables de générer de tels niveaux de courant continus. Elle sera exploitée pour les besoins d’ITER Organization sur une durée de 3 ans, avant chaque opération d’assemblage des joints supraconducteurs du solénoïde central. A l’issue de cette première phase d’exploitation, et en accord avec ITER Organization, SELFIE restera implantée à l’IRFM et pourra être utilisée pour d’autres projets de R&D en lien avec les supraconducteurs
